Холл эффект ба квант Холл эффект хоёрын гол ялгаа нь Холл эффект нь хагас дамжуулагч дээр голчлон тохиолддог бол квант Холл эффект нь ихэвчлэн металлд тохиолддог.
Холл эффект гэдэг нь дамжуулагч материалын дагуу урсах цахилгаан гүйдэл болон соронзон орон хэрэглэх үед гүйдэлтэй зөв өнцгөөр үйлчлэх гадаад соронзон орны аль алинд нь перпендикуляр цахилгаан потенциал үүсэхийг хэлнэ. Энэ нөлөөг 1879 онд Эдвин Холл ажигласан. Холл эффектийн гарал үүсэлтэй квант Холл эффектийг хожим нээсэн.
Hall Effect гэж юу вэ?
Холл эффект гэдэг нь цахилгаан гүйдэл болон хэрэглэсэн соронзон оронтой хөндлөн хүчдэлийн зөрүү үүсэхийг хэлнэ. Энд хүчдэлийн зөрүү нь цахилгаан дамжуулагч дээр үүсдэг. Цахилгаан гүйдэл нь энэ цахилгаан дамжуулагчаар хийгдсэн бөгөөд түүнд хамаарах соронзон орон нь гүйдэлтэй перпендикуляр байна. Энэ эффектийг 1879 онд Эдвин Холл нээжээ. Түүнчлэн индукцсан цахилгаан орныг одоогийн нягт ба хэрэглэсэн соронзон орны үржвэрт харьцуулсан Холл коэффициентийг зохион бүтээжээ. Энэ коэффициентийн утга нь дамжуулагчийг хийсэн материалын шинж чанар юм. Иймд энэ коэффициентийн утга нь гүйдлийг бүрдүүлэгч цэнэглэгчийн төрөл, тоо, шинж чанараас хамаарна.
Холл эффект нь дамжуулагч дахь гүйдлийн шинж чанараас шалтгаалан үүсдэг. Ерөнхийдөө цахилгаан гүйдэл нь электрон, нүх, ион гэх мэт олон жижиг цэнэгийн тээвэрлэгчдийн хөдөлгөөнийг агуулдаг. Соронзон орон байх үед эдгээр цэнэгүүд нь Лоренцын хүч гэж нэрлэгддэг хүчийг мэдрэх хандлагатай байдаг. Ийм соронзон орон байхгүй үед цэнэгүүд нь хольцтой мөргөлдөх хооронд шууд харагдах замыг дагах хандлагатай байдаг.
Цаашилбал, соронзон орон перпендикуляр үйлчлэх үед мөргөлдөөний хоорондох цэнэгийн зам муруй байх хандлагатай байдаг; ингэснээр материалын нэг нүүрэн дээр хөдөлж буй цэнэгүүд хуримтлагдаж, нөгөө нүүрэнд нь тэнцүү ба эсрэг цэнэгүүд ил үлддэг. Энэ процесс нь харааны шугам ба хэрэглэсэн соронзон орны аль алинд нь перпендикуляр байгаа хүчнээс үүсдэг Холл элементийн цэнэгийн нягтын тэгш бус хуваарилалтад хүргэдэг. Эдгээр цэнэгийг салгаснаар цахилгаан орон үүсдэг. Үүнийг Холл эффект гэж нэрлэдэг.
Quantum Hall Effect гэж юу вэ?
Quantum Hall эффект нь бага температур, хүчтэй соронзон орны нөлөөнд автдаг 2 хэмжээст электрон системд үүсдэг квант механик ойлголт юм. Энд "Танхимын дамжуулалт" нь тодорхой түвшинд квантлагдсан утгыг авахын тулд квант танхимын шилжилтийг хийдэг. Квант танхим эффектийн математик илэрхийлэл нь дараах байдалтай байна:
Танхимын дамжуулалт=Iсуваг/VHall=v.e2/h
Iсуваг нь сувгийн гүйдэл, V Холл нь Холлын хүчдэл, e нь энгийн цэнэг, h нь Планкийн тогтмол ба v нь бүхэл тоо эсвэл бутархай утга болох дүүргэгч хүчин зүйл гэж нэрлэгддэг урьдчилсан хүчин зүйл юм. Тиймээс бид квант холл эффект нь "v" нь бүхэл тоо эсвэл бутархай байхаас хамаарч бутархай квант Холл эффектийн бүхэл тоо болохыг тодорхойлж болно.
Бүтэн тоон квант Холл эффект нь нэг онцлог шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл электрон нягтрал харилцан адилгүй байдаг тул квантчлалын тогтвортой байдал. Энд Ферми түвшин цэвэр спектрийн цоорхойд байх үед электрон нягт нь тогтмол хэвээр байна; Иймээс энэ нөхцөл байдал нь ферми түвшин нь төлөв байдлын хязгаарлагдмал нягттай энерги байх нөхцөлтэй тохирч байгаа боловч эдгээр мужууд нь нутагшсан байдаг. Бутархай квант Холл эффектийг авч үзэхэд түүний оршин тогтнох нь үндсэндээ электрон-электронуудын харилцан үйлчлэлээс хамаардаг тул илүү төвөгтэй байдаг.
Холл эффект ба квант холл эффект хоёрын ялгаа юу вэ?
Холл эффект ба квант Холл эффект хоёрын гол ялгаа нь Холл эффект нь хагас дамжуулагч дээр голчлон тохиолддог бол квант Холл эффект нь голчлон металлд тохиолддог. Холл эффект ба квант Холл эффект хоёрын өөр нэг чухал ялгаа нь сул соронзон орон, дунд температуртай үед Холл эффект үүсдэг бол Квант Холл эффект нь илүү хүчтэй соронзон орон, хамаагүй бага температур шаарддаг.
Доор инфографик дээр Холл эффект болон квант Холл эффектийн ялгааг нэгтгэн харуулав.
Хураангуй – Холл эффект ба квант танхимын эффект
Квантын Холл эффект нь сонгодог Холл эффектээс гаралтай. Холл эффект ба квант Холл эффект хоёрын гол ялгаа нь Холл эффект нь хагас дамжуулагч дээр голчлон тохиолддог бол квант Холл эффект нь ихэвчлэн металлд явагддагт оршино.
