Hall effekti ilə kvant Hall effekti arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, Hall effekti əsasən yarımkeçiricilərdə, kvant Hall effekti isə əsasən metallarda baş verir.
Hall effekti həm keçirici material boyunca axan elektrik cərəyanına, həm də maqnit sahəsinin tətbiqi zamanı cərəyana düz bucaq altında tətbiq olunan xarici maqnit sahəsinə perpendikulyar elektrik potensialının yaranmasına aiddir. Bu təsir 1879-cu ildə Edwin Hall tərəfindən müşahidə edilmişdir. Kvant Hall effekti sonradan Hall effektinin törəməsi kimi kəşf edildi.
Hall Effekti nədir?
Hall effekti elektrik cərəyanına və tətbiq olunan maqnit sahəsinə eninə olan gərginlik fərqinin istehsalına aiddir. Burada gərginlik fərqi elektrik keçiricisi üzərində yaranır. Elektrik cərəyanı bu elektrik keçiricisi tərəfindən hazırlanır və ona tətbiq olunan maqnit sahəsi cərəyana perpendikulyardır. Bu effekti 1879-cu ildə Edvin Holl kəşf etmişdir. O, həmçinin induksiya edilmiş elektrik sahəsinin cərəyan sıxlığı və tətbiq olunan maqnit sahəsinin məhsuluna nisbəti olan Hall əmsalını icad etmişdir. Bu əmsalın dəyəri keçiricinin hazırlandığı materialın xarakteristikasıdır. Buna görə də, bu əmsalın dəyəri cərəyanı təşkil edən yük daşıyıcısının növü, sayı və xüsusiyyətlərindən asılıdır.
Hall effekti keçiricidəki cərəyanın təbiətinə görə yaranır. Ümumiyyətlə, bir elektrik cərəyanı elektronlar, dəliklər, ionlar və ya hər üçü kimi bir çox kiçik yük daşıyıcısının hərəkətini ehtiva edir. Bir maqnit sahəsi olduqda, bu yüklər Lorentz qüvvəsi adlanan bir qüvvə yaşamağa meyllidirlər. Belə bir maqnit sahəsi olmadıqda, yüklər çirklərlə toqquşmalar arasında təxminən düz görmə xəttini izləməyə meyllidir.
Bundan başqa, maqnit sahəsi perpendikulyar tətbiq edildikdə, toqquşmalar arasındakı yüklərin yolu əyri olur; beləliklə, hərəkət edən yüklər materialın bir üzündə toplanır, digər üzündə bərabər və əks yüklər açıq qalır. Bu proses həm görmə xəttinə, həm də tətbiq olunan maqnit sahəsinə perpendikulyar olan qüvvədən yaranan Hall elementi üzrə yük sıxlığının asimmetrik paylanması ilə nəticələnir. Bu yüklərin ayrılması elektrik sahəsi yaradır. Buna Hall effekti deyilir.
Kvant Hall Effekti nədir?
Quantum Hall effekti aşağı temperatura və güclü maqnit sahəsinə məruz qalan 2D elektron sistemində baş verən kvant mexaniki konsepsiyasıdır. Burada “Zal keçiriciliyi” müəyyən səviyyədə kvantlaşdırılmış dəyərləri qəbul etmək üçün kvant Hall keçidlərindən keçir. Kvant zalı effektinin riyazi ifadəsi aşağıdakı kimidir:
Zal keçiriciliyi=Ikanal/VHall=v.e2/h
Ikanal kanal cərəyanı, VHall Hall gərginliyi, e elementar yük, h Plank sabiti və v tam və ya kəsr dəyəri olan doldurma faktoru adlanan prefaktordur. Buna görə də müəyyən edə bilərik ki, kvant holl effekti “v”-nin tam və ya kəsr olmasından asılı olaraq fraksiya kvant Hall effektinin tam ədədidir.
Bütün kvant Hall effektinin spesifik xüsusiyyəti var, yəni elektron sıxlığı dəyişdikcə kvantlaşmanın davamlılığı. Burada Fermi səviyyəsi təmiz spektral boşluqda olduqda elektron sıxlığı sabit qalır; beləliklə, bu vəziyyət fermi səviyyəsinin sonlu vəziyyət sıxlığına malik enerji olduğu vəziyyətə uyğun gəlir, baxmayaraq ki, bu vəziyyətlər lokallaşdırılır. Kəsrə kvant Hall effektini nəzərdən keçirərkən, onun mövcudluğu əsas etibarı ilə elektron-elektron qarşılıqlı təsirinə əsaslandığı üçün daha mürəkkəbdir.
Hall effekti ilə kvant holl effekti arasındakı fərq nədir?
Hall effekti ilə kvant Hall effekti arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, Hall effekti əsasən yarımkeçiricilərdə, kvant Hall effekti isə əsasən metallarda baş verir. Hall effekti ilə kvant Hall effekti arasındakı digər mühüm fərq ondan ibarətdir ki, Hall effekti zəif maqnit sahəsi və orta temperatur olan yerdə baş verir, Kvant Hall effekti isə daha güclü maqnit sahələri və daha aşağı temperatur tələb edir.
Aşağıda infoqrafika Hall effekti ilə kvant Hall effekti arasındakı fərqləri ümumiləşdirir.
Xülasə – Hall Effekti və Kvant Hall Effekti
Kvant Hall effekti klassik Hall effektindən götürülüb. Hall effekti ilə kvant Hall effekti arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, Hall effekti əsasən yarımkeçiricilərdə, kvant Hall effekti isə əsasən metallarda baş verir.
