霍爾效應(yīng)在1879年被E.H.霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系。當(dāng)電流通過(guò)個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生個(gè)橫向的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。
霍爾效應(yīng)
霍爾效應(yīng)在1879年被E.H. 霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果不同。當(dāng)電流通過(guò)個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。 雖然這個(gè)效應(yīng)多年前就已經(jīng)被大家知道并理解，但基于霍爾效應(yīng)的傳感器在材料藝獲得重大展前并不實(shí)用，直到出現(xiàn)了強(qiáng)度的恒定磁體和作于小電壓輸出的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。根據(jù)設(shè)計(jì)和配置的不同，霍爾效應(yīng)傳感器可以作為開(kāi)/關(guān)傳感器或者線性傳感器。
霍爾效應(yīng)
不會(huì)偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。
方便起見(jiàn)，假設(shè)導(dǎo)體為個(gè)長(zhǎng)方體，長(zhǎng)度分別為a,b,d，磁場(chǎng)垂直ab平面。電流經(jīng)過(guò)ad，電流I = nqv(ad)，n為電荷密度。設(shè)霍爾電壓為VH，導(dǎo)體沿霍爾電壓方向的電場(chǎng)為VH / a。設(shè)磁場(chǎng)強(qiáng)度為B。
洛倫茲力
f=qE+qvB/c(Gauss 單位制)
電荷在橫向受力為零時(shí)不在發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)，結(jié)果電流在磁場(chǎng)作用下在器件的兩個(gè)側(cè)面出現(xiàn)了穩(wěn)定的異號(hào)電荷堆積從而形成橫向霍爾電場(chǎng)。
本質(zhì)
固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場(chǎng)和電流強(qiáng)度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過(guò)程的不僅有帶負(fù)電的電子，還有帶正電的空穴。
發(fā)展歷程
美物理學(xué)家霍爾(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。
在霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)約100年后，德物理學(xué)家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研究低溫度和強(qiáng)磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體時(shí)發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)，這是當(dāng)代凝聚態(tài)物理學(xué)令人驚異的展之，克利青為此獲得了1985年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 之后，美籍華裔物理學(xué)家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美物理學(xué)家勞克林(Robert B.Laughlin，1950-)、施默(Horst L. St rmer，1949-)在更強(qiáng)磁場(chǎng)下研究量子霍爾效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)量子現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)更步，他們?yōu)榇双@得了1998年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
近，復(fù)旦校友、斯坦福教授張晟與母校合作開(kāi)展了“量子自旋霍爾效應(yīng)”的研究。“量子自旋霍爾效應(yīng)”由張晟教授預(yù)言，之后被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。這成果是美《科學(xué)》雜志評(píng)出的2007年十大科學(xué)展之。如果這效應(yīng)在室溫下作，它可能導(dǎo)致新的低率的“自旋電子學(xué)”計(jì)算設(shè)備的產(chǎn)生。 目前業(yè)上應(yīng)用的度的電壓和電流型傳感器有很多就是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，誤差度能達(dá)到0.1%以下
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