淺談從霍爾效應(yīng)到量子反常霍爾效應(yīng)

本溪市機(jī)電工程學(xué)校 王 東

淺談從霍爾效應(yīng)到量子反常霍爾效應(yīng)

本溪市機(jī)電工程學(xué)校 王 東

本文通過(guò)介紹霍爾效應(yīng)的基本原理和發(fā)展歷程，對(duì)霍爾效應(yīng)未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，使讀者更好的了解霍爾效應(yīng)家族各個(gè)成員和未來(lái)應(yīng)用的展望。

電子技術(shù)；霍爾效應(yīng)；物理現(xiàn)象；量子反常霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是美國(guó)物理學(xué)家霍爾(Edwim Herbert Hall)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的。在當(dāng)今電子技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等許多科技領(lǐng)域，霍爾效應(yīng)都有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)借助于新型半導(dǎo)體材料、低維物理學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，關(guān)于霍爾效應(yīng)的研究，科學(xué)家們有了許多突破性的發(fā)現(xiàn)。

一、霍爾效應(yīng)的基本原理

1879年，霍爾（E.H.Hall）在做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線中的電流是否有影響時(shí)，卻意外發(fā)現(xiàn)了一種特殊的現(xiàn)象：載流導(dǎo)板置于磁場(chǎng)中，當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，導(dǎo)板兩側(cè)間出現(xiàn)了橫向電勢(shì)差U。這個(gè)現(xiàn)象可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力進(jìn)行解釋：如果在一個(gè)通電導(dǎo)體中，施加一個(gè)與電流方向相垂直的磁場(chǎng)，在洛倫茲力的作用下，電子運(yùn)動(dòng)的軌跡會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與磁場(chǎng)和電流方向垂直的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這個(gè)現(xiàn)象就是著名的霍爾效應(yīng)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出，霍爾電壓U與導(dǎo)體電流I、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與導(dǎo)板厚度d成反比。導(dǎo)板兩端間形成的電勢(shì)差U稱為霍爾電壓。公式為：

這個(gè)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了當(dāng)時(shí)的科學(xué)界，很多國(guó)家的科研人員開(kāi)始轉(zhuǎn)向研究這一領(lǐng)域。……