Als je iemand vraagt die bekend is met natuurkunde ophet niveau van alleen basiskennis van wat het Hall-effect is en waar het wordt toegepast, is er geen antwoord. Verrassend gebeurt dit in de realiteit van de moderne wereld vrij vaak. Het Hall-effect wordt zelfs in veel elektrische apparaten gebruikt. De eens zo populaire computerschijfstations voor diskettes bepaalden bijvoorbeeld de beginpositie van de motor met behulp van Hall-generatoren. De bijbehorende sensoren "migreerden" naar het circuit van moderne CD-drives (zowel CD als DVD). Bovendien omvatten toepassingen niet alleen verschillende meetinstrumenten, maar zelfs elektrische energiegeneratoren op basis van de omzetting van warmte in een stroom van geladen deeltjes onder invloed van een magnetisch veld (MHD).
Edwin Herbert Hall in 1879, experimenterend metgeleiderplaat, ontdekte een oorzaakloos, op het eerste gezicht, verschijnsel van het verschijnen van een potentiaal (spanning), in de wisselwerking van een elektrische stroom en een magnetisch veld. Maar over alles in orde.
Давайте сделаем небольшой мысленный эксперимент:neem een metalen plaat en laat de elektrische stroom erdoorheen gaan. Vervolgens plaatsen we het in een extern magnetisch veld op een zodanige manier dat de lijnen van de veldsterkte loodrecht op het vlak van de geleidende plaat staan. Als gevolg hiervan verschijnt er een potentiaalverschil op de gezichten (in de richting van de stroom). Dit is het Hall-effect. De reden voor zijn uiterlijk is de beroemde Lorentz-strijdmacht.
Er is een manier om de waarde van de resulterende spanning te bepalen (ook wel de Hall-potentiaal genoemd). De algemene uitdrukking heeft de vorm:
Uh = Eh * H,
waarbij H de dikte van de plaat is; Eh is de externe veldsterkte.
Так как потенциал возникает благодаря herverdeling van ladingsdragers in de geleider, dan is deze beperkt (het proces gaat niet voor onbepaalde tijd door). De dwarse beweging van ladingen stopt op het moment dat de waarde van de Lorentz-kracht (F = q * v * B) gelijk is aan de tegenactie q * Eh (q is de lading).
Omdat de stroomdichtheid J gelijk is aan het product van de ladingsconcentratie, zijn hun snelheid en eenheidswaarde q, d.w.z.
J = n * q * v,
respectievelijk
v = J / (q * n).
Vanaf hier volgt (de formule met spanning verbonden):
Eh = B * (J / (q * n)).
Combineer al het bovenstaande en bepaal het potentieel van de hal door de waarde van de lading:
Uh = (J * B * H) / n * q).
Het Hall-effect suggereert dat soms inin metalen, niet elektronisch, maar gatgeleiding wordt waargenomen. Dit zijn bijvoorbeeld cadmium, beryllium en zink. Bij het bestuderen van het Hall-effect in halfgeleiders twijfelde niemand eraan dat ladingsdragers ‘gaten’ zijn. Dit geldt echter, zoals reeds aangegeven, ook voor metalen. Er werd aangenomen dat tijdens de verdeling van ladingen (vorming van de Hall-potentiaal) de gemeenschappelijke vector zal worden gevormd door elektronen (negatief teken). Het bleek echter dat elektronen geen stroom in het veld opwekken. In de praktijk wordt deze eigenschap gebruikt om de dichtheid van ladingsdragers in een halfgeleidend materiaal te bepalen.
Niet minder beroemd is het quantum Hall-effect (1982jaar). Het is een van de eigenschappen van de geleidbaarheid van een tweedimensionaal elektronengas (deeltjes kunnen vrij in twee richtingen bewegen) onder omstandigheden van ultralage temperaturen en hoge externe magnetische velden. Bij het bestuderen van dit effect werd het bestaan van "fractionaliteit" ontdekt. De indruk was dat de lading niet wordt gevormd door enkele dragers (1 + 1 + 1), maar door samenstellende delen (1 + 1 + 0,5). Het bleek echter dat er geen wetten worden overtreden. In overeenstemming met het Pauli-principe wordt rond elk elektron in een magnetisch veld een soort vortex gecreëerd uit de quanta van de stroom zelf. Naarmate de veldintensiteit toeneemt, doet zich een situatie voor dat de overeenkomst "één elektron = één vortex" niet langer vervuld is. Er zijn verschillende quanta magnetische flux voor elk deeltje. Deze nieuwe deeltjes zijn precies de reden voor het fractionele resultaat in het Hall-effect.
