Nøkkelforskjellen mellom Hall-effekten og kvante-Hall-effekten er at Hall-effekten hovedsakelig forekommer på halvledere, mens kvante-Hall-effekten hovedsakelig finner sted i metaller.
Halleffekt refererer til generering av et elektrisk potensial vinkelrett på både en elektrisk strøm som flyter langs et ledende materiale og et eksternt magnetfelt som påføres i rette vinkler på strømmen ved påføring av magnetfeltet. Denne effekten ble observert i 1879 av Edwin Hall. Kvante-Hall-effekten ble oppdaget senere, som en avledning av Hall-effekten.
Hva er Hall Effect?
Halleffekt refererer til produksjonen av en spenningsforskjell som er på tvers av en elektrisk strøm og et påført magnetfelt. Her oppstår spenningsforskjellen over en elektrisk leder. Den elektriske strømmen lages av denne elektriske lederen og magnetfeltet som påføres den er vinkelrett på strømmen. Denne effekten ble oppdaget av Edwin Hall i 1879. Han oppfant også Hall-koeffisienten, som er forholdet mellom det induserte elektriske feltet og produktet av strømtettheten og påført magnetfelt. Verdien av denne koeffisienten er en karakteristikk av materialet som lederen er laget av. Derfor avhenger verdien av denne koeffisienten av typen, antallet og egenskapene til ladningsbæreren som utgjør strømmen.
Halleffekt oppstår på grunn av strømmens natur i en leder. Vanligvis inneholder en elektrisk strøm bevegelsen til mange små ladningsbærere som elektroner, hull, ioner eller alle tre av dem. Når det er et magnetfelt, har disse ladningene en tendens til å oppleve en kraft som kalles Lorentz-kraft. Når det ikke er et slikt magnetfelt, har ladningene en tendens til å følge omtrent en rett siktlinje mellom kollisjoner med urenheter.
Videre, når et magnetisk felt påføres vinkelrett, har banen til ladningene mellom kollisjoner en tendens til å krumme seg; dermed akkumuleres bevegelige ladninger på den ene siden av materialet, og etterlater like og motsatte ladninger eksponert på den andre siden. Denne prosessen resulterer i en asymmetrisk fordeling av ladningstetthet over Hall-elementet som oppstår fra kraften som er vinkelrett på både siktelinjen og det påførte magnetfeltet. Separasjonen av disse ladningene etablerer et elektrisk felt. Dette kalles Hall-effekten.
Hva er Quantum Hall Effect?
Quantum Hall-effekt er et kvantemekanisk konsept som oppstår i et 2D-elektronsystem som utsettes for lav temperatur og et sterkt magnetfelt. Her gjennomgår "Hall-konduktansen" kvante-Hall-overganger for å ta på seg de kvantiserte verdiene på et visst nivå. Det matematiske uttrykket for kvantehalleffekt er som følger:
Hallkonduktans=Ichannel/VHall=v.e2/h
Ichannel er kanalstrømmen, VHall er Hall-spenningen, e er den elementære ladningen, h er Planks konstant og v er en prefaktor k alt fyllingsfaktoren som enten er en heltallsverdi eller en brøkverdi. Derfor kan vi identifisere at kvante-hall-effekten er heltall av brøkkvante-Hall-effekt avhengig av om "v" er henholdsvis et heltall eller brøk.
Hallkvante-Hall-effekten har et spesifikt trekk, det vil si at kvantiseringen varer ved når elektrontettheten varierer. Her forblir elektrontettheten konstant når Fermi-nivået er i et rent spektralgap; dermed tilsvarer denne situasjonen en der fermi-nivået er en energi med en endelig tetthet av tilstander, selv om disse tilstandene er lokaliserte. Når man vurderer den fraksjonerte kvante-Hall-effekten, er den mer komplisert fordi dens eksistens er grunnleggende avhengig av elektron-elektron-interaksjonene.
Hva er forskjellen mellom Hall Effect og Quantum Hall Effect?
Nøkkelforskjellen mellom Hall-effekten og kvante-Hall-effekten er at Hall-effekten hovedsakelig forekommer på halvledere, mens kvante-Hall-effekten hovedsakelig finner sted i metaller. En annen viktig forskjell mellom Hall-effekt og kvante-Hall-effekt er at Hall-effekt oppstår der det er et svakt magnetfelt og middels temperaturer mens Quantum Hall-effekt krever sterkere magnetfelt og mye lavere temperaturer.
Infografikken nedenfor oppsummerer forskjellene mellom Hall-effekt og kvante-Hall-effekt.
Summary – Hall Effect vs Quantum Hall Effect
Quante Hall-effekten er avledet fra den klassiske Hall-effekten. Den viktigste forskjellen mellom Hall-effekten og kvante-Hall-effekten er at Hall-effekten hovedsakelig forekommer på halvledere, mens kvante-Hall-effekten hovedsakelig finner sted i metaller.
