Sự khác biệt chính giữa hiệu ứng Hall và hiệu ứng Hall lượng tử là hiệu ứng Hall chủ yếu xảy ra trên chất bán dẫn, trong khi hiệu ứng Hall lượng tử chủ yếu xảy ra trong kim loại.
Hiệu ứng Hall đề cập đến việc tạo ra một điện thế vuông góc với cả dòng điện chạy dọc theo vật liệu dẫn điện và từ trường bên ngoài tác dụng vuông góc với dòng điện khi tác dụng từ trường. Hiệu ứng này được quan sát vào năm 1879 bởi Edwin Hall. Hiệu ứng Hall lượng tử được phát hiện sau đó, như là một dẫn xuất của hiệu ứng Hall.
Hiệu ứng Hall là gì?
Hiệu ứng Hall đề cập đến việc tạo ra sự chênh lệch điện áp ngang với dòng điện và từ trường được đặt vào. Ở đây, sự khác biệt điện áp phát sinh trên một dây dẫn điện. Dòng điện do vật dẫn điện này tạo ra và từ trường đặt vào nó có phương vuông góc với dòng điện. Hiệu ứng này được phát hiện bởi Edwin Hall vào năm 1879. Ông cũng phát minh ra hệ số Hall, là tỷ số của điện trường cảm ứng với tích của mật độ dòng điện và từ trường ứng dụng. Giá trị của hệ số này là một đặc tính của vật liệu làm dây dẫn. Do đó, giá trị của hệ số này phụ thuộc vào loại, số lượng và thuộc tính của vật mang điện tích tạo thành dòng điện.
Hiệu ứng Hall phát sinh do bản chất của dòng điện trong vật dẫn. Nói chung, dòng điện có chứa sự chuyển động của nhiều hạt mang điện tích nhỏ như electron, lỗ trống, ion hoặc cả ba hạt mang điện. Khi có từ trường, các điện tích này có xu hướng chịu một lực gọi là lực Lorentz. Khi không có từ trường như vậy, các điện tích có xu hướng đi theo một đường thẳng tầm nhìn giữa các va chạm với tạp chất.
Hơn nữa, khi đặt một từ trường vuông góc, đường đi của các điện tích giữa các va chạm có xu hướng cong; do đó, các điện tích chuyển động tích tụ trên một mặt của vật liệu, để lại các điện tích bằng nhau và trái dấu tiếp xúc trên mặt kia. Quá trình này dẫn đến sự phân bố không đối xứng của mật độ điện tích trên phần tử Hall phát sinh từ lực vuông góc với cả đường ngắm và từ trường tác dụng. Sự tách biệt của các điện tích này thiết lập một điện trường. Đây được gọi là hiệu ứng Hall.
Hiệu ứng Hall lượng tử là gì?
Hiệu ứng Hall lượng tử là một khái niệm cơ học lượng tử xảy ra trong một hệ electron 2D chịu nhiệt độ thấp và từ trường mạnh. Ở đây, “độ dẫn Hall” trải qua quá trình chuyển đổi Hall lượng tử để nhận các giá trị lượng tử hóa ở một mức nhất định. Biểu thức toán học cho hiệu ứng hội trường lượng tử như sau:
Chỉ huy hội trường=Ikênh/ VHội trường=v.e2/ h
Ichannellà dòng kênh, VHalllà điện áp Hall, e là điện tích cơ bản, h là hằng số Plank và v là một tiền yếu tố được gọi là hệ số lấp đầy là một giá trị nguyên hoặc một giá trị phân số. Do đó, chúng ta có thể xác định rằng hiệu ứng Hall lượng tử là số nguyên của hiệu ứng Hall lượng tử phân số tùy thuộc vào việc “v” tương ứng là số nguyên hay phân số.
Hiệu ứng Hall lượng tử số nguyên có một đặc điểm cụ thể, đó là tính bền bỉ của quá trình lượng tử hóa khi mật độ electron thay đổi. Ở đây, mật độ điện tử không đổi khi mức Fermi nằm trong khoảng trống quang phổ sạch; do đó, tình huống này tương ứng với một trong đó mức fermi là một năng lượng có mật độ hữu hạn của các trạng thái, mặc dù các trạng thái này là cục bộ. Khi xem xét hiệu ứng Hall lượng tử phân số, nó phức tạp hơn vì sự tồn tại của nó về cơ bản dựa trên các tương tác electron-electron.
Sự khác biệt giữa Hiệu ứng Hall và Hiệu ứng Hall lượng tử là gì?
Sự khác biệt chính giữa hiệu ứng Hall và hiệu ứng Hall lượng tử là hiệu ứng Hall chủ yếu xảy ra trên chất bán dẫn, trong khi hiệu ứng Hall lượng tử chủ yếu xảy ra trong kim loại. Một điểm khác biệt quan trọng khác giữa hiệu ứng Hall và hiệu ứng Hall lượng tử là hiệu ứng Hall xảy ra ở nơi có từ trường yếu và nhiệt độ trung bình trong khi hiệu ứng Hall lượng tử đòi hỏi từ trường mạnh hơn và nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Infographic dưới đây tóm tắt sự khác biệt giữa hiệu ứng Hall và hiệu ứng Hall lượng tử.
Tóm tắt - Hiệu ứng Hall vs Hiệu ứng Hall lượng tử
Hiệu ứng Hall lượng tử có nguồn gốc từ hiệu ứng Hall cổ điển. Sự khác biệt chính giữa hiệu ứng Hall và hiệu ứng Hall lượng tử là hiệu ứng Hall chủ yếu xảy ra trên chất bán dẫn, trong khi hiệu ứng Hall lượng tử chủ yếu xảy ra trong kim loại.
