Ključna razlika između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta je u tome što se Hallov efekt uglavnom javlja na poluvodičima, dok se kvantni Hallov efekt uglavnom javlja u metalima.
Hall efekt odnosi se na stvaranje električnog potencijala okomito na električnu struju koja teče duž vodljivog materijala i na vanjsko magnetsko polje primijenjeno pod pravim kutom na struju nakon primjene magnetskog polja. Taj je učinak 1879. uočio Edwin Hall. Kvantni Hallov efekt otkriven je kasnije, kao derivacija Hallovog efekta.
Što je Hallov efekt?
Hall efekt odnosi se na stvaranje razlike napona koja je poprečna na električnu struju i na primijenjeno magnetsko polje. Ovdje se javlja razlika napona preko električnog vodiča. Električnu struju proizvodi ovaj električni vodič, a magnetsko polje koje se na njega primjenjuje je okomito na struju. Taj je učinak otkrio Edwin Hall 1879. On je također izumio Hallov koeficijent, koji je omjer induciranog električnog polja i produkta gustoće struje i primijenjenog magnetskog polja. Vrijednost ovog koeficijenta je karakteristika materijala od kojeg je izrađen vodič. Dakle, vrijednost ovog koeficijenta ovisi o vrsti, broju i svojstvima nositelja naboja koji čini struju.
Hall efekt nastaje zbog prirode struje u vodiču. Općenito, električna struja uključuje kretanje mnogih malih nositelja naboja kao što su elektroni, šupljine, ioni ili sva tri. Kada postoji magnetsko polje, ti naboji imaju tendenciju djelovati na silu koja se naziva Lorentzova sila. Kada nema takvog magnetskog polja, naboji teže slijediti približno ravnu liniju vidnog polja između sudara s nečistoćama.
Nadalje, kada se magnetsko polje primjenjuje okomito, put naboja između sudara ima tendenciju krivulje; stoga se pokretni naboji nakupljaju na jednoj strani materijala, ostavljajući jednake i suprotne naboje izložene na drugoj strani. Ovaj proces rezultira asimetričnom raspodjelom gustoće naboja preko Hallovog elementa koja proizlazi iz sile koja je okomita na putanju vidne linije i primijenjeno magnetsko polje. Razdvajanje ovih naboja uspostavlja električno polje. To se zove Hall efekt.
Što je kvantni Hallov efekt?
Kvantni Hallov efekt je kvantno mehanički koncept koji se javlja u 2D sustavu elektrona koji je izložen niskoj temperaturi i jakom magnetskom polju. Ovdje "Hallova vodljivost" prolazi kroz kvantne Hallove prijelaze kako bi preuzela kvantizirane vrijednosti na određenoj razini. Matematički izraz za kvantni Hallov učinak je sljedeći:
Hall vodljivost=Ikanal/VHall=v.e2/h
Ikanal je struja kanala, VHall je Hallov napon, e je elementarni naboj, h je Plankova konstanta i v je predfaktor koji se naziva faktor popunjavanja koji je ili cjelobrojna vrijednost ili razlomačka vrijednost. Prema tome, možemo identificirati da je kvantni Hallov učinak cijeli broj frakcijskog kvantnog Hallovog učinka ovisno o tome je li "v" cijeli broj ili razlomak.
Cjelobrojni kvantni Hallov efekt ima specifično svojstvo, to jest postojanost kvantizacije kako gustoća elektrona varira. Ovdje gustoća elektrona ostaje konstantna kada je Fermijeva razina u čistom spektralnom procjepu; prema tome, ova situacija odgovara onoj gdje je fermijeva razina energija s konačnom gustoćom stanja, iako su ta stanja lokalizirana. Kada se razmatra frakcijski kvantni Hallov efekt, on je složeniji jer se njegovo postojanje temeljno oslanja na interakcije elektron-elektron.
Koja je razlika između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta?
Ključna razlika između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta je u tome što se Hallov efekt uglavnom javlja na poluvodičima, dok se kvantni Hallov efekt uglavnom javlja na metalima. Još jedna važna razlika između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta je ta da se Hallov efekt javlja tamo gdje postoji slabo magnetsko polje i srednje temperature, dok kvantni Hallov efekt zahtijeva jača magnetska polja i mnogo niže temperature.
U nastavku infografika sažima razlike između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta.
Sažetak – Hallov efekt nasuprot kvantnom Hallovom efektu
Kvantni Hallov efekt izveden je iz klasičnog Hallovog efekta. Ključna razlika između Hallovog i kvantnog Hallovog efekta je u tome što se Hallov efekt uglavnom javlja na poluvodičima, dok se kvantni Hallov efekt uglavnom javlja na metalima.
