Salės efektas ir jo pagrindu sukurti jutikliai

Hallo efektą 1879 m. Atrado amerikiečių mokslininkas Edvinas Herbertas Hallas. Jos esmė yra tokia (žr. Paveikslą). Jei srovė praeina per laidžią plokštę, o magnetinis laukas yra nukreiptas statmenai plokštelei, tada įtampa atsiranda kryžmine srovės kryptimi (ir magnetinio lauko kryptis): Uh = (RhHlsinw) / d, kur Rh yra Halės koeficientas, kuris priklauso nuo laidininko medžiagos; H yra magnetinio lauko stipris; Aš esu laidininko srovė; w yra kampas tarp srovės krypties ir magnetinio lauko indukcijos vektoriaus (jei w = 90 °, sinw = 1); d yra medžiagos storis.

Dėl to, kad išėjimo efektą lemia dviejų dydžių (H ir I) sandauga, „Hall“ jutikliai yra labai plačiai naudojami. Lentelėje pateikiami įvairių metalų ir lydinių salės koeficientai. Pavadinimai: Т - temperatūra; B yra magnetinis srautas; Rh - Salės koeficientas, išreikštas m3 / C.

„Hall-efekto“ artumo jungikliai, pagrįsti „Hall“ efektu, užsienyje buvo gana plačiai naudojami nuo 70-ųjų pradžios. Šio jungiklio pranašumai yra didelis patikimumas ir ilgaamžiškumas, maži matmenys, o trūkumai yra nuolatinės energijos sąnaudos ir palyginti didelės išlaidos.

„Hall“ generatoriaus veikimo principasbet

„Hall“ jutiklis yra su plyšiais. Vienoje plyšio pusėje yra puslaidininkis, per kurį srovė teka, kai įjungtas uždegimas, ir, kita vertus, nuolatinis magnetas.

Magnetiniame lauke judančius elektronus veikia jėga. Jėgos vektorius yra statmenas lauko magnetinių ir elektrinių komponentų krypčiai.

Jei puslaidininkinis vaflis (pavyzdžiui, iš indio arsenido ar indio antimonido) įvedamas į magnetinį lauką indukcijos būdu į elektros srovę, tada potencialo skirtumas atsiranda šonuose, statmenuose srovės krypčiai. Salės įtampa (salės EMF) yra proporcinga srovės ir magnetinei indukcijai.

Tarp plokštės ir magneto yra tarpas. Jutiklio spragoje yra plieninis ekranas. Kai tarpelyje nėra ekrano, puslaidininkio plokštėje veikia magnetinis laukas, o potencialų skirtumas iš jo pašalinamas. Jei tarpelyje yra ekranas, tada magnetinės jėgos linijos užsidaro per ekraną ir neveikia plokštės, tokiu atveju potencialo skirtumas plokštelėje neatsiranda.

Integruota grandinė potencialų skirtumą, susidarantį plokštelėje, konvertuoja į tam tikros vertės neigiamo įtampos impulsus jutiklio išvestyje. Kai ekranas yra jutiklio tarpelyje, jo išvestyje bus įtampa; jei jutiklio tarpelyje nėra ekrano, tada jutiklio išėjimo įtampa yra artima nuliui.

Frakcinis kvantinės salės efektas

Daug rašyta apie Hallo efektą, šis efektas plačiai naudojamas technologijose, tačiau mokslininkai jį toliau tiria. 1980 m. Vokiečių fizikas Klaus von Klitzung ištyrė Hallo efekto veikimą esant ypač žemai temperatūrai. Plonoje puslaidininkinėje plokštelėje von Klitzung pamažu pakeitė magnetinio lauko stiprį ir nustatė, kad salės pasipriešinimas keičiasi ne sklandžiai, o šuoliais. Šuolio dydis nepriklausė nuo medžiagos savybių, bet buvo pagrindinių fizinių konstantų, padalytų iš pastovaus skaičiaus, derinys. Paaiškėjo, kad kvantinės mechanikos dėsniai kažkodėl pakeitė Hallo efekto pobūdį. Šis reiškinys buvo vadinamas vientisu kvantinės Halės efektu. Už šį atradimą von Klitzung 1985 m. Gavo Nobelio fizikos premiją.

Praėjus dvejiems metams po von Klitzung atradimo „Bell Telephone“ laboratorijoje (toje, kurioje buvo atidarytas tranzistorius), „Stormer“ ir „Tsui“ darbuotojai ištyrė kvantinės salės efektą naudodami išskirtinai švarų didelių gallio arsenido, pagaminto toje pačioje laboratorijoje, pavyzdį.Mėginys turėjo tokį aukštą grynumo laipsnį, kad elektronai perėjo jį iš vieno galo į kitą, nesusidurdami su kliūtimis. „Stormer“ ir „Tsui“ eksperimentas vyko daug žemesnėje temperatūroje (beveik absoliutus nulis) ir su galingesniais magnetiniais laukais nei von Klitzung eksperimente (milijoną kartų daugiau nei Žemės magnetinis laukas).

Dideliam jų nuostabai, Stormeris ir Tsui nustatė, kad salės pasipriešinimas šokteli tris kartus didesnis nei von Klitzungo. Tada jie atrado dar didesnius šuolius. Rezultatas buvo tas pats fizinių konstantų derinys, bet padalintas ne iš sveikojo skaičiaus, o iš trupmeninio skaičiaus. Fizikai įkrauna elektroną kaip konstantą, kurios negalima padalyti į dalis. Ir šiame eksperimente, kaip buvo, dalyvavo dalelės su frakciniais krūviais. Efektas buvo vadinamas trupmeniniu kvantinės Halės efektu.

Praėjus metams po šio atradimo La Flin laboratorijos darbuotojas pateikė teorinį poveikio paaiškinimą. Jis teigė, kad ypač žemos temperatūros ir galingo magnetinio lauko derinys sukelia elektronus nesuspaudžiamą kvantinį skystį. Bet figūra, naudojant kompiuterinę grafiką, rodo elektronų (rutulių), pradurtų plokštumoje, srautą. Nelygumai plokštumoje rodo vieno iš elektronų krūvio pasiskirstymą esant magnetiniam laukui ir kitų elektronų krūvį. Jei į kvantinį skystį įpilamas elektronas, tada susidaro tam tikras kiekis kvazifrakcijų su frakciniu krūviu (paveiksle tai parodyta kaip kiekvieno elektrono rodyklių rinkinys).
1998 m. Horstas Stormeris, Danielis Tsui ir Robertas Laughlinas buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija. Šiuo metu H. Stormeris yra fizikos profesorius Kolumbijos universitete, D. Tsui yra Prinstono universiteto profesorius, o R. Laughlinas - Stanfordo universiteto profesorius.