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整數量子霍爾效應

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1 整數量子霍爾效應 -定義

  二維電子氣系統在強磁和低溫條件下的霍爾效應表現出明顯的量子化性質。

2 整數量子霍爾效應 -發現者

  1980年馮克利青(VonKlitzing)等人首先觀測到了量子化霍爾效應。他們測量了SiMOSFET反型層中二維電子氣系統中的電子在15T強磁場和低於液He溫度下的霍爾電壓VH,沿電流方向的電勢差VP與柵壓VG的關係。當磁場垂直於反型層,磁感應強度B與沿反型層流動的電流強度I保持不變時,改變柵壓VG,可改變反型層中載流子密度ns。在正常的霍爾效應中應有VH∝1/VG(如果ns∝VG),但在強磁和低溫下,某些VG間隔內,VH曲線出現平台,對應於平台時的VP最小趨近於零,由此得到的霍爾電阻ρXY=-VH/I是量子化的,其值為

  `\rho_{XY}=\frac{h}{iq^2},i=1,2,3,\ldots`

  它只與物理常數h(普朗克常數)和q有關。霍爾電阻與整數i相聯繫的量子化性質稱整數量子霍爾效應。在1K以下,實驗還進一步觀察到i為分數的霍爾平台,即分數量子化霍爾效應。在調製摻雜的GaAs-GaAlAs等異質結構中也能觀測到量子化霍爾效應。

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