Ključna razlika med Hallovim učinkom in kvantnim Hallovim učinkom je v tem, da se Hallov učinek pojavlja predvsem na polprevodnikih, medtem ko se kvantni Hallov učinek pojavlja predvsem v kovinah.
Hall učinek se nanaša na generiranje električnega potenciala, pravokotnega tako na električni tok, ki teče vzdolž prevodnega materiala, kot na zunanje magnetno polje, ki deluje pravokotno na tok po uporabi magnetnega polja. Ta učinek je leta 1879 opazil Edwin Hall. Kvantni Hallov učinek je bil odkrit pozneje kot izpeljava Hallovega učinka.
Kaj je Hallov učinek?
Hallov učinek se nanaša na nastanek napetostne razlike, ki je prečna na električni tok in uporabljeno magnetno polje. Tukaj nastane napetostna razlika na električnem vodniku. Električni tok povzroča ta električni prevodnik, magnetno polje, ki deluje nanj, pa je pravokotno na tok. Ta učinek je odkril Edwin Hall leta 1879. Izumil je tudi Hallov koeficient, ki je razmerje med induciranim električnim poljem in produktom gostote toka in uporabljenega magnetnega polja. Vrednost tega koeficienta je značilnost materiala, iz katerega je izdelan vodnik. Zato je vrednost tega koeficienta odvisna od vrste, števila in lastnosti nosilca naboja, ki tvori tok.
Hall efekt nastane zaradi narave toka v prevodniku. Na splošno električni tok vsebuje gibanje številnih majhnih nosilcev naboja, kot so elektroni, luknje, ioni ali vsi trije. Ko obstaja magnetno polje, ti naboji ponavadi izkusijo silo, imenovano Lorentzova sila. Ko takega magnetnega polja ni, naboji ponavadi sledijo približno ravni liniji pogleda med trki z nečistočami.
Poleg tega, ko je magnetno polje uporabljeno pravokotno, se pot nabojev med trki ukrivi; tako se gibljivi naboji kopičijo na eni strani materiala, pri čemer ostanejo enaki in nasprotni naboji izpostavljeni na drugi strani. Rezultat tega procesa je asimetrična porazdelitev gostote naboja po Hallovem elementu, ki izhaja iz sile, ki je pravokotna na vidno linijo in uporabljeno magnetno polje. Ločitev teh nabojev vzpostavi električno polje. To se imenuje Hallov učinek.
Kaj je kvantni Hallov učinek?
Kvantni Hallov učinek je koncept kvantne mehanike, ki se pojavi v 2D elektronskem sistemu, ki je izpostavljen nizki temperaturi in močnemu magnetnemu polju. Tukaj je "Hallova prevodnost" podvržena kvantnim Hallovim prehodom, da prevzame kvantizirane vrednosti na določeni ravni. Matematični izraz za kvantni Hallov učinek je naslednji:
Hall prevod=Ikanal/VHall=v.e2/h
Ikanal je tok kanala, VHall je Hallova napetost, e je elementarni naboj, h je Plankova konstanta in v je predfaktor, imenovan faktor polnjenja, ki je celo število ali delna vrednost. Zato lahko ugotovimo, da je kvantni Hallov učinek celo število delnega kvantnega Hallovega učinka, odvisno od tega, ali je »v« celo število ali ulomek.
Celoštevilski kvantni Hallov učinek ima posebno značilnost, to je obstojnost kvantizacije, ko se elektronska gostota spreminja. Tukaj elektronska gostota ostane konstantna, ko je Fermijev nivo v čisti spektralni vrzeli; tako ta situacija ustreza tisti, kjer je fermijev nivo energija s končno gostoto stanj, čeprav so ta stanja lokalizirana. Ko razmišljamo o delnem kvantnem Hallovem učinku, je bolj zapleten, ker je njegov obstoj v osnovi odvisen od interakcij med elektroni.
Kakšna je razlika med Hallovim in kvantnim Hallovim učinkom?
Ključna razlika med Hallovim učinkom in kvantnim Hallovim učinkom je v tem, da se Hallov učinek pojavlja predvsem na polprevodnikih, medtem ko se kvantni Hallov učinek pojavlja predvsem v kovinah. Druga pomembna razlika med Hallovim učinkom in kvantnim Hallovim učinkom je, da se Hallov učinek pojavi tam, kjer je šibko magnetno polje in srednje temperature, medtem ko kvantni Hallov učinek zahteva močnejša magnetna polja in veliko nižje temperature.
Spodnja infografika povzema razlike med Hallovim učinkom in kvantnim Hallovim učinkom.
Povzetek – Hallov učinek proti kvantnemu Hallovemu učinku
Kvantni Hallov učinek izhaja iz klasičnega Hallovega učinka. Ključna razlika med Hallovim učinkom in kvantnim Hallovim učinkom je v tem, da se Hallov učinek pojavlja predvsem na polprevodnikih, medtem ko se kvantni Hallov učinek pojavlja predvsem v kovinah.
