《2021-2022学年高二物理竞赛课件：量子Hall效应.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：量子Hall效应.pptx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、量子量子Hall效效应量子量子Hall效应效应在轴对称在轴对称缓变非均匀磁场中缓变非均匀磁场中 取小圆柱高斯面，从高取小圆柱高斯面，从高斯定理：斯定理：取园柱坐标系取园柱坐标系由于由于Br的出现，的出现，z方向的运动方程方向的运动方程:又又r即为即为R,在在Z轴上轴上,B=BZ,所以所以带电粒子作绕磁场的快速回旋形成电带电粒子作绕磁场的快速回旋形成电流环的磁矩为：流环的磁矩为：由上式可得：由上式可得：磁矩磁矩即带电粒子在缓变磁场中回旋即带电粒子在缓变磁场中回旋磁矩守恒磁矩守恒。同样可。同样可证，对任意随时间证，对任意随时间 空间缓变磁场，粒子磁矩守恒。空间缓变磁场，粒子磁矩守恒。利用速度的守恒
2、性，有：利用速度的守恒性，有：所以所以The Hall effect was discovered by Edwin Hall in 1879 when he was a graduate student in the Johns Hopkins University under the advisory of Professor Henry A.Rowland,after whose name this department is named now.But at that time,even the electron was not experimentally discovered.Cl
3、ear understanding had to wait until quantum mechanics came into apperance.Hall Effect 导体板在磁场中，当电流方向垂直于磁场时，在导体板在磁场中，当电流方向垂直于磁场时，在垂直于电流方向的导体板的两端面上会出现电势差。垂直于电流方向的导体板的两端面上会出现电势差。只有当洛仑兹力与电力平衡时，载流子不再偏转。只有当洛仑兹力与电力平衡时，载流子不再偏转。此时，此时，EHq=qvB，又，又I=bdnqv，故：，故：给定给定I，B，d，测，测U，可得可得 nq。若。若 q 已知，已知，可得载流子浓度可得载流子浓度n。判
4、定载流子带正电荷还判定载流子带正电荷还是负电荷。是负电荷。AA”1980年轻的德国物理学家年轻的德国物理学家 Klaus von Klitzing等等人在低温（约几人在低温（约几K)、强磁场（约、强磁场（约1T10T）研究）研究二维电子气的二维电子气的 Hall 效应时，发现效应时，发现Hall电阻随磁场电阻随磁场的增大作台阶状升高，台阶的一个高度为一个物的增大作台阶状升高，台阶的一个高度为一个物理常数理常数h/e2除以整数除以整数i，即，即这一现象被称为量这一现象被称为量子子Hall效应。效应。GaAs-GaAlAs heterojunction,30mK 1985年年Klitzing荣荣获
5、诺贝尔物理奖。获诺贝尔物理奖。霍尔电阻霍尔电阻h/4e2为为一个克利青。一个克利青。1982 D.C.Tsui（崔奇）等人在研究极低温度（崔奇）等人在研究极低温度（约（约0.1K)和超强磁场和超强磁场(大于大于10T)下二维电子气下二维电子气的的Hall 效应时，发现效应时，发现Hall 电阻随磁场的变化比电阻随磁场的变化比h/e2更大的台阶，这个台阶不仅出现在更大的台阶，这个台阶不仅出现在n为整为整数时，而且出现在分母为奇数的分数，这就是数时，而且出现在分母为奇数的分数，这就是分数量子分数量子Hall 效应。效应。崔奇的这一发现对理论工作者崔奇的这一发现对理论工作者提出了更大的挑战，近几年来
6、提出了更大的挑战，近几年来分数分数Hall 效应的理论解释也取效应的理论解释也取得了一些进展。得了一些进展。1998年崔奇（年崔奇（1939-）等三人荣）等三人荣获诺贝尔物理奖。获诺贝尔物理奖。霍尔效应在固体中可以产生，在导电流体中也可以出现-磁流体发电。1/3,2/5,3/7,4/9,5/11,6/13,7/15.2/3,3/5,4/7,5/9,6/11,7/13.5/3,8/5,11/7,14/9.4/3,7/5,10/7,13/9.1/5,2/9,3/13.2/7,3/11.1/7.The QHE can be seen at liquid helium temperatures.分数量子分数量子Hall效应效应应用由测量所得由测量所得R可得带电粒子可得带电粒子的荷质比，并可利用来分离的荷质比，并可利用来分离同位素，分析丰度同位素，分析丰度。1.质谱仪