Ključna razlika između Hallovog efekta i kvantnog Hallovog efekta je u tome što se Hallov efekat uglavnom javlja na poluvodičima, dok se kvantni Hallov efekat odvija uglavnom u metalima.
Halov efekat se odnosi na stvaranje električnog potencijala okomitog i na električnu struju koja teče duž provodnog materijala i na vanjsko magnetsko polje primijenjeno pod pravim uglom na struju nakon primjene magnetnog polja. Ovaj efekat je 1879. primetio Edvin Hol. Kvantni Holov efekat je otkriven kasnije, kao derivacija Holovog efekta.
Šta je Hall efekt?
Halov efekat se odnosi na proizvodnju razlike napona koja je poprečna na električnu struju i na primenjeno magnetno polje. Ovdje naponska razlika nastaje preko električnog vodiča. Električnu struju stvara ovaj električni provodnik, a magnetsko polje primijenjeno na njega je okomito na struju. Ovaj efekat je otkrio Edwin Hall 1879. On je također izmislio Hallov koeficijent, koji je omjer induciranog električnog polja prema proizvodu gustine struje i primijenjenog magnetnog polja. Vrijednost ovog koeficijenta je karakteristika materijala od kojeg je napravljen vodič. Dakle, vrijednost ovog koeficijenta ovisi o vrsti, broju i svojstvima nosioca naboja koji čini struju.
Halov efekat nastaje zbog prirode struje u provodniku. Općenito, električna struja sadrži kretanje mnogih malih nositelja naboja kao što su elektroni, rupe, joni ili sva tri. Kada postoji magnetsko polje, ova naelektrisanja imaju tendenciju da iskuse silu koja se zove Lorentzova sila. Kada takvo magnetno polje ne postoji, naelektrisanja teže da prate približno ravnu vidnu putanju između sudara sa nečistoćama.
Štaviše, kada se magnetsko polje primeni okomito, putanja naelektrisanja između sudara ima tendenciju da zakrivi; tako se pokretni naboji akumuliraju na jednoj strani materijala, ostavljajući jednaka i suprotna naelektrisanja izložena na drugoj strani. Ovaj proces rezultira asimetričnom raspodjelom gustoće naboja preko Hallovog elementa koja proizlazi iz sile koja je okomita i na liniju vida i na primijenjeno magnetsko polje. Razdvajanjem ovih naboja stvara se električno polje. Ovo se zove Hallov efekat.
Šta je kvantni Hallov efekat?
Kvantni Holov efekat je kvantnomehanički koncept koji se javlja u 2D elektronskom sistemu koji je podvrgnut niskoj temperaturi i jakom magnetnom polju. Ovdje “Halova provodljivost” prolazi kroz kvantne Holove prelaze kako bi poprimila kvantizirane vrijednosti na određenom nivou. Matematički izraz za kvantni Halov efekat je sljedeći:
Hall provodljivost=Ikanal/VHall=v.e2/h
Ikanal je struja kanala, VHall je napon Hola, e je elementarni naboj, h je Plankova konstanta i v je predfaktor koji se zove faktor popunjavanja koji je ili cjelobrojna vrijednost ili razlomka. Stoga možemo identificirati da je kvantni Hallov efekat cijeli broj razlomaka kvantnog Holovog efekta u zavisnosti od toga da li je "v" cijeli broj ili razlomak.
Cjelobrojni kvantni Hallov efekat ima specifičnu karakteristiku, to jest, postojanost kvantizacije kako gustina elektrona varira. Ovde, gustina elektrona ostaje konstantna kada je nivo Fermi u čistom spektralnom jazu; dakle, ova situacija odgovara onoj u kojoj je fermi nivo energija sa konačnom gustinom stanja, iako su ta stanja lokalizovana. Kada se razmatra frakcijski kvantni Hallov efekat, on je komplikovaniji jer se njegovo postojanje u osnovi oslanja na interakcije elektron-elektrona.
Koja je razlika između Hallovog efekta i kvantnog Hall efekta?
Ključna razlika između Holovog efekta i kvantnog Holovog efekta je u tome što se Holov efekat uglavnom javlja na poluprovodnicima, dok se kvantni Holov efekat odvija uglavnom u metalima. Još jedna bitna razlika između Holovog efekta i kvantnog Holovog efekta je da se Hallov efekat javlja tamo gde postoji slabo magnetno polje i srednje temperature, dok kvantni Holov efekat zahteva jača magnetna polja i mnogo niže temperature.
U nastavku infografika sumira razlike između Hallovog efekta i kvantnog Hallovog efekta.
Sažetak – Hallov efekat protiv kvantnog Hallovog efekta
Kvantni Hallov efekat je izveden iz klasičnog Hallovog efekta. Ključna razlika između Holovog efekta i kvantnog Holovog efekta je u tome što se Holov efekat uglavnom javlja na poluprovodnicima, dok se kvantni Holov efekat dešava uglavnom u metalima.
