霍尔效应与电阻测量课件.ppt
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1、霍尔效应及磁电阻测量,1 霍尔效应,1.1 经典霍尔效应,1.2 量子霍尔效应,分数量子霍尔效应,整数量子霍尔效应,2 磁电阻效应,2.11 正常磁电阻效应(OMR)的基本原理,2.12 各向异性磁电阻效应(AMR)的基本原理,2.13 巨磁阻效应(GMR)的基本原理,2.1 磁电阻效应(MR)原理,2.2 磁电阻测量,Magnetic Resistance,rdinary,Anisotropic,iant,当电流垂直于外磁场方向通过导体时,在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应,该电势差称为霍尔电势差(霍尔电压)。,1.1 经典霍尔效应,当载流子所受的横向电场
2、力eEH与洛仑兹力 相等时,样品两侧电荷的积累就达到平衡,故有,图霍尔效应原理,得,霍尔系数,霍尔效应的应用,测量载流子浓度判断半导体类型测量磁场强度测量地磁场电信号转换及运算设计磁流体发电机测量电流强度测量微小位移,德国物理学家冯克利青等在二维体系的霍尔效应实验中,多次研究在处于极低温度1.5K 和强磁场18T 的作用下,发现了一个与经典霍尔效应完全不同的现象:霍尔电阻R H随磁场的变化出现了一系列量子化电阻平台,这些平台电阻为,这种现象称为整数量子霍尔效应。,1.21 整数量子霍尔效应,二维电子气主要用MOSFET方式实现,图MOSFET 示意图,二维电子系统在强磁场作用下,会形成电子的分
3、立能级(称为Landan 能级).,图整数量子霍尔效应,Stormer,Horst L.,Prof.Robert B.Laughlin,崔琦,1.22 分数量子霍尔效应,他是获得这一世界科学最高奖的第六名华人,另外五名分别是杨振宁、李政道、丁肇中、李远哲、朱棣文。,崔琦,1939年出生在中国河南省宝丰县一个殷实的家庭,崔琦在家中是老幺,上有三位姐姐。1949年国内战乱,姐姐们逃至香港,1951年,12岁的崔琦被接到香港,四姐弟远离父母,在香港自力更生。聪颖的崔琦进入香港培正中学读初二,并完全依靠奖学金读至高中毕业。1958年,崔琦以优异的成绩获得留美奖学金的资助进入美国里斯特纳大学,毕业后又入
4、芝加哥大学攻读物理博士,后进入贝尔实验室做研究,80年代中期,进入普林顿大学执教至今。,宇称不守恒理论,J粒子,以分子水平化学反应动力学的研究,发展利用雷射冷却与捕捉原子方法,崔琦物理学家,1998年诺贝尔物理奖得主之一。丘成桐数学家,数学界最高荣誉菲尔兹奖得主之一何沛雄教授香港大学中文系名誉教授 吴家玮香港科技大学创校校长 钟景辉资深的香港舞台剧演员和导演,戏剧教育家 电视制作人,电视剧演员及电视节目主持。唐英年现任香港财政司司长。黄杏秀香港电视艺员。欧倩怡香港电视艺员。王晶香港电影导演、编剧、制作人。关锦鹏香港电影导演。陈键锋香港电视艺员。周松岗地铁公司行政总裁。卓以和博士半导体之父 沈吕
5、九博士著名物理学家 林思齐博士前加拿大不列颠哥伦比亚省省督 谢志伟博士前浸会大学校长 吴清辉教授浸会大学校长 萧荫堂教授哈佛大学数学系系主任 郭新教授香港大学理学院院长,著名天文学家,何弢博士建筑师 何钟泰博士工程师 黄干亨博士律师 叶惠康博士香港儿童合唱团创办人 石信之指挥家 马思聪音乐家 何建宗教授环保及极地探险家(培正中学校监)毛钧年前新华社社长 谢仕荣AIA保险集团亚太区总裁 林秀棠商人 赵世曾商人、建筑师 陈国强商人、土木工程师 何重恩香港电台节目监制及主持人。顾明均香港著名商人,南太电子集团创办人。,崔琦、施特默和劳克林在比整数量子霍尔效应更低的温度0.1K 和更强的磁场20T条件
6、下,对具有高迁移率的更纯净的二维电子气系统样品的测量中,也在一些电阻和温度范围内观测到横向霍尔电阻呈现平台而同时纵向电阻减小到零的现象,但不同的是,这些平台对应的不是整数值,而是分数值,称为分数量子霍尔效应。,可以从复合玻色子(每电子携带奇数根量子磁通)的角度有一个较好的理解.,应用:,1.1990年起,电阻标准为:2.精细结构常数,在量子电动力学中,任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来,精细结构常数就具有了全新的含义:它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量,或者说,它就是电磁相互作用的强度。,磁电阻效应,2 磁电阻效应,磁电阻效应MR是指物质在磁场的作用下电阻发生变
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