Холл эффектісі мен кванттық Холл эффектінің негізгі айырмашылығы мынада: Холл эффектісі негізінен жартылай өткізгіштерде болады, ал кванттық Холл эффектісі негізінен металдарда болады.
Холл эффектісі өткізгіш материалдың бойымен өтетін электр тогына да, магнит өрісін қолданған кезде токқа тік бұрышта қолданылатын сыртқы магнит өрісіне де перпендикуляр электр потенциалының пайда болуын білдіреді. Бұл әсерді 1879 жылы Эдвин Холл байқаған. Кванттық Холл эффектісі Холл эффектінің туындысы ретінде кейінірек ашылды.
Холл эффектісі дегеніміз не?
Холл эффектісі электр тогы мен қолданылған магнит өрісіне көлденең болатын кернеу айырмашылығының пайда болуын білдіреді. Мұнда кернеу айырмашылығы электр өткізгіште пайда болады. Электр тогын осы электр өткізгіш жасайды және оған қолданылатын магнит өрісі токқа перпендикуляр. Бұл әсерді 1879 жылы Эдвин Холл ашты. Ол сонымен қатар индукцияланған электр өрісінің ток тығыздығы мен қолданылатын магнит өрісінің көбейтіндісіне қатынасы болып табылатын Холл коэффициентін ойлап тапты. Бұл коэффициенттің мәні өткізгіш жасалған материалдың сипаттамасы болып табылады. Сондықтан бұл коэффициенттің мәні токты құрайтын заряд тасымалдаушының түріне, санына және қасиеттеріне байланысты.
Холл эффектісі өткізгіштегі токтың табиғатына байланысты туындайды. Жалпы алғанда, электр тогы электрондар, тесіктер, иондар немесе олардың үшеуі сияқты көптеген шағын заряд тасымалдаушылардың қозғалысын қамтиды. Магниттік өріс болған кезде, бұл зарядтар Лоренц күші деп аталатын күшті сезінуге бейім. Мұндай магнит өрісі болмаған кезде зарядтар қоспалармен соқтығысқан кезде шамамен түзу көру жолын ұстануға бейім.
Сонымен қатар, магнит өрісі перпендикуляр қолданылғанда, соқтығыстар арасындағы зарядтардың жолы қисық болады; осылайша материалдың бір бетінде қозғалатын зарядтар жиналып, екінші бетінде тең және қарама-қарсы зарядтар шығады. Бұл процесс көру сызығына да, қолданылатын магнит өрісіне де перпендикуляр болатын күштен туындайтын Холл элементі бойынша заряд тығыздығының асимметриялық таралуына әкеледі. Бұл зарядтардың бөлінуі электр өрісін орнатады. Бұл Холл эффектісі деп аталады.
Кванттық Холл эффектісі дегеніміз не?
Кванттық Холл эффектісі – төмен температура мен күшті магнит өрісіне ұшырайтын 2D электронды жүйесінде пайда болатын кванттық механикалық түсінік. Мұнда «Холл өткізгіштігі» белгілі бір деңгейде квантталған мәндерді қабылдау үшін кванттық Холл ауысуларынан өтеді. Кванттық холл эффектінің математикалық өрнегі келесідей:
Холл өткізгіштігі=Iарна/VХолл=v.e2/сағ
Iарна – арна тогы, V Холл – Холл кернеуі, e – элементар заряд, h – Планк тұрақтысы және v бүтін мән немесе бөлшек мән болып табылатын толтыру коэффициенті деп аталатын префактор. Демек, кванттық холл эффектісі сәйкесінше “v” бүтін немесе бөлшек екеніне байланысты бөлшек кванттық Холл эффектінің бүтін саны екенін анықтай аламыз.
Бүтін кванттық Холл эффектінің өзіндік ерекшелігі бар, яғни электронның тығыздығы өзгеретіндіктен кванттау тұрақтылығы. Мұнда Ферми деңгейі таза спектрлік аралықта болғанда электрон тығыздығы тұрақты болып қалады; осылайша, бұл жағдай ферми деңгейі күйлердің соңғы тығыздығы бар энергия болып табылатын жағдайға сәйкес келеді, бірақ бұл күйлер локализацияланған. Бөлшек кванттық Холл эффектісін қарастырғанда, ол күрделірек, өйткені оның бар болуы негізінен электронды-электрондық әрекеттесулерге байланысты.
Холл эффектісі мен кванттық холл эффектінің айырмашылығы неде?
Холл эффектісі мен кванттық Холл эффектісі арасындағы негізгі айырмашылық Холл эффектісі негізінен жартылай өткізгіштерде болады, ал кванттық Холл эффектісі негізінен металдарда орын алады. Холл эффектісі мен кванттық Холл эффектінің тағы бір маңызды айырмашылығы мынада: Холл эффектісі әлсіз магнит өрісі және орташа температура бар жерде пайда болады, ал кванттық Холл әсері күшті магнит өрістерін және әлдеқайда төмен температураларды қажет етеді.
Төменде инфографика Холл эффектісі мен кванттық Холл эффектісі арасындағы айырмашылықтарды қорытындылайды.
Қорытынды – Холл эффектісі және кванттық Холл эффектісі
Кванттық Холл эффектісі классикалық Холл эффектісінен алынған. Холл эффектісі мен кванттық Холл эффектісі арасындағы негізгі айырмашылық Холл эффектісі негізінен жартылай өткізгіштерде болады, ал кванттық Холл эффектісі негізінен металдарда орын алады.
