تفاوت اصلی بین اثر هال و اثر هال کوانتومی این است که اثر هال عمدتاً بر روی نیمه هادی ها رخ می دهد، در حالی که اثر هال کوانتومی عمدتاً در فلزات رخ می دهد.
اثر هال به تولید یک پتانسیل الکتریکی عمود بر هر دو جریان الکتریکی در امتداد یک ماده رسانا و یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده در زوایای قائم بر جریان با اعمال میدان مغناطیسی اشاره دارد. این اثر در سال 1879 توسط ادوین هال مشاهده شد. اثر هال کوانتومی بعداً به عنوان اشتقاقی از اثر هال کشف شد.
افکت هال چیست؟
اثر هال به تولید اختلاف ولتاژی اشاره دارد که عرضی نسبت به جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی اعمال شده است. در اینجا، اختلاف ولتاژ در یک هادی الکتریکی ایجاد می شود. جریان الکتریکی توسط این هادی الکتریکی ایجاد می شود و میدان مغناطیسی اعمال شده بر آن عمود بر جریان است. این اثر توسط ادوین هال در سال 1879 کشف شد. او همچنین ضریب هال را اختراع کرد که نسبت میدان الکتریکی القایی به حاصل ضرب چگالی جریان و میدان مغناطیسی اعمال شده است. مقدار این ضریب مشخصه ماده ای است که هادی از آن ساخته شده است. بنابراین، مقدار این ضریب بستگی به نوع، تعداد و ویژگی های حامل باری دارد که جریان را تشکیل می دهد.
اثر هال به دلیل ماهیت جریان در یک هادی ایجاد می شود. به طور کلی، یک جریان الکتریکی شامل حرکت بسیاری از حامل های بار کوچک مانند الکترون ها، حفره ها، یون ها یا هر سه آنها است. وقتی میدان مغناطیسی وجود دارد، این بارها نیرویی به نام نیروی لورنتس را تجربه می کنند. هنگامی که چنین میدان مغناطیسی وجود ندارد، بارها تمایل دارند تقریباً یک مسیر مستقیم دید را بین برخورد با ناخالصی ها دنبال کنند.
علاوه بر این، هنگامی که یک میدان مغناطیسی به صورت عمود اعمال می شود، مسیر بارهای بین برخوردها منحنی می شود. بنابراین، بارهای متحرک در یک وجه ماده جمع می‌شوند و بارهای مساوی و مخالف را در طرف دیگر آشکار می‌کنند. این فرآیند منجر به توزیع نامتقارن چگالی بار در سرتاسر عنصر هال می شود که از نیرویی عمود بر خط دید و میدان مغناطیسی اعمال شده ناشی می شود. جداسازی این بارها یک میدان الکتریکی ایجاد می کند. به این اثر هال می گویند.
اثر هال کوانتومی چیست؟
اثر هال کوانتومی یک مفهوم مکانیکی کوانتومی است که در یک سیستم الکترونی دو بعدی که در معرض دمای پایین و میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرد، رخ می‌دهد. در اینجا، "رسانایی هال" تحت انتقال کوانتومی هال قرار می گیرد تا مقادیر کوانتیزه شده را در سطح معینی بگیرد. عبارت ریاضی اثر هال کوانتومی به شرح زیر است:
رسانایی سالن=Iکانال/VHall=v.e2/h
Iکانال جریان کانال، VHall ولتاژ هال، e بار اولیه، h ثابت پلانک است و v یک پیش فاکتور به نام ضریب پر کردن است که یا یک مقدار صحیح یا یک مقدار کسری است. بنابراین، می توانیم تشخیص دهیم که اثر هال کوانتومی عدد صحیح اثر هال کوانتومی کسری است، بسته به اینکه "v" به ترتیب یک عدد صحیح یا کسری است.
اثر هال کوانتومی عدد صحیح یک ویژگی خاص دارد، یعنی تداوم کوانتیزاسیون با تغییر چگالی الکترون.در اینجا، چگالی الکترون ثابت می ماند زمانی که سطح فرمی در یک شکاف طیفی تمیز است. بنابراین، این وضعیت با وضعیتی مطابقت دارد که در آن سطح فرمی یک انرژی با چگالی متناهی از حالات است، اگرچه این حالت ها محلی هستند. هنگامی که اثر هال کوانتومی کسری را در نظر می گیریم، پیچیده تر است زیرا وجود آن اساساً به برهمکنش های الکترون-الکترون بستگی دارد.
تفاوت بین اثر هال و اثر هال کوانتومی چیست؟
تفاوت اصلی بین اثر هال و اثر کوانتومی هال این است که اثر هال عمدتاً روی نیمه هادی ها رخ می دهد، در حالی که اثر هال کوانتومی عمدتاً در فلزات رخ می دهد. تفاوت مهم دیگر بین اثر هال و اثر هال کوانتومی این است که اثر هال در جایی اتفاق می‌افتد که میدان مغناطیسی ضعیف و دماهای متوسط وجود دارد در حالی که اثر هال کوانتومی به میدان‌های مغناطیسی قوی‌تر و دمای بسیار پایین‌تر نیاز دارد.
اینفوگرافیک زیر تفاوت‌های بین اثر هال و اثر هال کوانتومی را خلاصه می‌کند.
خلاصه – جلوه هال در مقابل اثر هال کوانتومی
اثر هال کوانتومی از اثر کلاسیک هال مشتق شده است. تفاوت اصلی بین اثر هال و اثر هال کوانتومی این است که اثر هال عمدتاً روی نیمه هادی ها رخ می دهد، در حالی که اثر هال کوانتومی عمدتاً در فلزات رخ می دهد.
