量子反常霍尔效应有什么用,量子霍尔效应到底多可怕

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-13 22:45:49

动图3,外加磁场后导电回路中的电子运动,来源:中国科普博览

最终,纵向电压向电子施加的电磁力与磁场形成的洛伦磁力将达到平衡,使得后来的电子能顺利通过不会偏移,此时产生的内建电压称为霍尔电压。

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动图4,建立平衡后的导体回路,来源:中国科普博览

在发现140余年的时间里,霍尔效应在电力电子,特别是传感器等领域获得了广泛的应用。现代汽车上应用霍尔效应原理制成的霍尔器件包括,汽车速度表及里程表,各种用电负载的电流检测及工作状态诊断,发动机转速及曲轴角度传感器,各种抗干扰开关等等。

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建立霍尔平衡过程的示意图

量子霍尔效应——欢迎进入量子世界!

霍尔效应的概念本身还算易于理解,当其与量子理论结合时又将擦出怎样的火花呢?

我们知道,当物理学研究对象本身的维度进入到微观领域时,与我们在宏观世界中的日常经验完全迥异的量子理论就将掌控各种物理规律。此时,若干物理量的连续变化将呈现为间断性变化,体现出量子特征。举个不太确切的例子,宏观世界的苹果,有大有小,苹果的大小可以连续变化。而微观世界中的苹果,大小就不是连续变化的了,而是相当于某个基础苹果尺寸的整数倍,不存在其它尺寸的微观苹果。

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在量子力学的世界中,很多物理量都是某一基础值的整数倍

继续量子霍尔效应的话题,高中物理知识告诉我们,在无限大均匀平面磁场中,以垂直磁感线方向入射的初速不为零的电子将做匀速圆周运动。而在经典的霍尔效应导体中,载流电子虽然会在磁场作用下发生偏转,但由于偏转半径很大,尚未完成圆周运动就会堆积在导体一侧。

那么,有没有什么条件可以让霍尔效应导体中的载流电子在导体内部完成圆周运动呢?这样的条件还真的存在!在足够低的温度,和非常强的外加磁场下,电子的偏转半径将显著减小,从而可能在导体内部完成圆周运动。

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