霍爾效應在1879年被E.H.霍爾發現,它定義了磁場和感應電壓之間的關系。當電流通過個位于磁場中的導體的時候,磁場會對導體中的電子產生個橫向的作用力,從而在導體的兩端產生電壓差。
霍爾效應
霍爾效應在1879年被E.H. 霍爾發現,它定義了磁場和感應電壓之間的關系,這種效應和傳統的感應效果不同。當電流通過個位于磁場中的導體的時候,磁場會對導體中的電子產生個垂直于電子運動方向上的作用力,從而在導體的兩端產生電壓差。 雖然這個效應多年前就已經被大家知道并理解,但基于霍爾效應的傳感器在材料藝獲得重大展前并不實用,直到出現了強度的恒定磁體和作于小電壓輸出的信號調節電路。根據設計和配置的不同,霍爾效應傳感器可以作為開/關傳感器或者線性傳感器。
霍爾效應
不會偏移,此稱為霍爾效應。而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。
方便起見,假設導體為個長方體,長度分別為a,b,d,磁場垂直ab平面。電流經過ad,電流I = nqv(ad),n為電荷密度。設霍爾電壓為VH,導體沿霍爾電壓方向的電場為VH / a。設磁場強度為B。
洛倫茲力
f=qE+qvB/c(Gauss 單位制)
電荷在橫向受力為零時不在發生橫向偏轉,結果電流在磁場作用下在器件的兩個側面出現了穩定的異號電荷堆積從而形成橫向霍爾電場。
本質
固體材料中的載流子在外加磁場中運動時,因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移,并在材料兩側產生電荷積累,形成垂直于電流方向的電場,終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡,從而在兩側建立起個穩定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示:參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子,還有帶正電的空穴。
發展歷程
美物理學家霍爾(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在實驗中發現,當電流垂直于外磁場通過導體時,在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差,這現象便是霍爾效應。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差。
在霍爾效應發現約100年后,德物理學家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研究低溫度和強磁場中的半導體時發現了量子霍爾效應,這是當代凝聚態物理學令人驚異的展之,克利青為此獲得了1985年的諾貝爾物理學獎。 之后,美籍華裔物理學家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美物理學家勞克林(Robert B.Laughlin,1950-)、施默(Horst L. St rmer,1949-)在更強磁場下研究量子霍爾效應時發現了分數量子霍爾效應,這個發現使人們對量子現象的認識更步,他們為此獲得了1998年的諾貝爾物理學獎。
近,復旦校友、斯坦福教授張晟與母校合作開展了“量子自旋霍爾效應”的研究。“量子自旋霍爾效應”由張晟教授預言,之后被實驗證實。這成果是美《科學》雜志評出的2007年十大科學展之。如果這效應在室溫下作,它可能導致新的低率的“自旋電子學”計算設備的產生。 目前業上應用的度的電壓和電流型傳感器有很多就是根據霍爾效應制成的,誤差度能達到0.1%以下
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