Ключевое различие между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла заключается в том, что эффект Холла в основном проявляется в полупроводниках, тогда как квантовый эффект Холла проявляется в основном в металлах.
Эффект Холла относится к генерации электрического потенциала, перпендикулярного как электрическому току, протекающему вдоль проводящего материала, так и внешнему магнитному полю, приложенному под прямым углом к току при приложении магнитного поля. Этот эффект наблюдал в 1879 году Эдвин Холл. Квантовый эффект Холла был открыт позже, как производное от эффекта Холла.
Что такое эффект Холла?
Эффект Холла относится к возникновению разности потенциалов, поперечной электрическому току и приложенному магнитному полю. Здесь возникает разность потенциалов на электрическом проводнике. Электрический ток производится этим электрическим проводником, и магнитное поле, приложенное к нему, перпендикулярно току. Этот эффект был открыт Эдвином Холлом в 1879 году. Он также изобрел коэффициент Холла, который представляет собой отношение индуцированного электрического поля к произведению плотности тока и приложенного магнитного поля. Значение этого коэффициента является характеристикой материала, из которого изготовлен проводник. Поэтому значение этого коэффициента зависит от типа, количества и свойств носителей заряда, составляющих ток.
Эффект Холла возникает из-за характера тока в проводнике. Как правило, электрический ток включает в себя движение многих малых носителей заряда, таких как электроны, дырки, ионы или все три из них. При наличии магнитного поля на эти заряды действует сила, называемая силой Лоренца. Когда такого магнитного поля нет, заряды имеют тенденцию следовать примерно по прямой линии обзора между столкновениями с примесями.
Кроме того, когда магнитное поле приложено перпендикулярно, путь зарядов между столкновениями имеет тенденцию изгибаться; таким образом, движущиеся заряды накапливаются на одной стороне материала, оставляя равные и противоположные заряды на другой стороне. Этот процесс приводит к асимметричному распределению плотности заряда по элементу Холла, возникающему из-за силы, перпендикулярной как направлению луча зрения, так и приложенному магнитному полю. Разделение этих зарядов создает электрическое поле. Это называется эффектом Холла.
Что такое квантовый эффект Холла?
Квантовый эффект Холла - это квантово-механическая концепция, возникающая в двумерной электронной системе, которая подвергается воздействию низкой температуры и сильного магнитного поля. Здесь «холловская проводимость» претерпевает квантовые холловские переходы, чтобы принять квантованные значения на определенном уровне. Математическое выражение для квантового эффекта Холла выглядит следующим образом:
Проводимость Холла=Iканал/VHall=v.e2/h
Ichannel – ток канала, VHall – напряжение Холла, e – заряд элементарного элемента, h – постоянная Планка и v - это префактор, называемый коэффициентом заполнения, который может быть либо целым, либо дробным значением. Следовательно, мы можем определить, что квантовый эффект Холла представляет собой целое число дробного квантового эффекта Холла в зависимости от того, является ли «v» целым числом или дробью, соответственно.
Целочисленный квантовый эффект Холла имеет специфическую особенность, а именно сохранение квантования при изменении электронной плотности. При этом плотность электронов остается постоянной, когда уровень Ферми находится в чистой спектральной щели; таким образом, эта ситуация соответствует ситуации, когда уровень Ферми представляет собой энергию с конечной плотностью состояний, хотя эти состояния локализованы. При рассмотрении дробного квантового эффекта Холла он более сложен, поскольку его существование в основном зависит от электрон-электронных взаимодействий.
В чем разница между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла?
Ключевое различие между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла заключается в том, что эффект Холла в основном проявляется в полупроводниках, тогда как квантовый эффект Холла имеет место в основном в металлах. Еще одно важное различие между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла заключается в том, что эффект Холла возникает там, где есть слабое магнитное поле и средние температуры, в то время как квантовый эффект Холла требует более сильных магнитных полей и гораздо более низких температур.
Ниже в инфографике представлены различия между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла.
Резюме – Эффект Холла против квантового эффекта Холла
Квантовый эффект Холла является производным от классического эффекта Холла. Ключевое различие между эффектом Холла и квантовым эффектом Холла заключается в том, что эффект Холла в основном проявляется в полупроводниках, тогда как квантовый эффект Холла в основном проявляется в металлах.
