ТОП 10:

Эффекты Холла – обычный и квантовый



 

Явление, открытое Холлом, состоит в том, что в проводнике с током, помещенном в магнитное поле, перпендикулярном направлению тока, возникает электрическое поле в направлении, перпендикулярном направлениям тока и магнитного поля. Возникающее в проводнике электрическое поле, которое называют полем Холла, вызвано действием силы Лоренца, заставляющей электроны отклоняться в направлении, перпендикулярном направлению движения. В результате возникает поле Холла с напряженностью ЕВ,уравновешивающее силу Лоренца F, и между боковыми гранями образца создается разность потенциалов φ, которая поддается измерению.

Сопротивлением Холла RH называется отношение напряжения Холла к току в образце. Оно не является сопротивлением в обычном смысле, так как соответствующие токи и электрические поля перпендикулярны друг другу. Эффект Холла усиливается с увеличением индукции магнитного поля В и уменьшением концентрации носителей заряда п. Отсюда следует, что сопротивление Холла пропорционально частному от деления индукции магнит­ного поля на концентрацию носителей заряда, т.е. RH ~ В/п.

В двумерных электронных слоях при относительно высоких температурах также имеет место обычный (двумерный) эффект Холла. Холловское сопротивление RH = ∆φ /IH линейно меняется в зависимости от индукции магнитного поля В в соответствии с выражением

RH = ,

где nS – поверхностная концентрация носителей.

В области низких температур (Т~ 1 К) и в сильных магнитных полях (В > 1 Тл) картина существенно меняется. Зависимость измеряемого поперечного (холловского) сопротивления RH 2В-системы электронов от индукции магнитного поля В илиповерхностной концентрации носителей заряда nS в 2D-канале становится не линейной, как в обычном случае, а имеет ряд плоских ступенек. Величина RH на этих ступеньках с высокой точностью определяется комбинацией фундаментальных физических констант, деленной на целое число N:

RH = .

С понижением температуры горизонтальные участки ступенек более отчетливо выглядят плоскими и выражение для RH выполняется со все большей точностью. Таким об­разом, RH квантуется в единицах h/e2. При Т= 0 ток в рассматриваемых образцах может течь без диссипации (рассеяния). Справедливость выражения для RH доказана экспериментально с относительной точностью примерно 10 –7.

Измерения также показали, что на точности квантования RH не сказываются такие существенные параметры эксперимента, как размеры образцов, форма границ поперечного сечения образца, температура, сила измерительного тока, тип материала, в котором находится 2В-электронный газ. Очень важной для практического применения оказалась независимость квантования от имеющего большое значение в обычном эффекте Холла замыкания поверхностей с носителями зарядов (создающих напряжение Холла) омическими перемычками, а также от степени совершенства структуры, определяемой концентрацией примесей и наличием дефектов. Экспериментальная точность квантования так высока, что стало возможным метрологическое применение КЭХ: проверка формул квантовой электродинамики с помощью прецизионного определения постоянной тонкой структуры или создания нового эталона сопротивления.

Основная причина квантования сопротивления Холла RH – квантование магнитного потока на элементарные кванты Ф0 = h/e и квантование электрического заряда Q на элементарные заряды е.







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.234.241.200 (0.003 с.)