Efecte Hall i efecte quàntic Hall

1998/12/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Biografiak
• Historia

Si una fina làmina metàl·lica es col·loca a l'interior d'un camp magnètic formant la superfície de la làmina un angle recte respecte a la direcció del camp, i es fa passar un corrent elèctric en la direcció de l'eix longitudinal de la planxa, un camp elèctric que forma un angle de 90° respecte al camp magnètic i al corrent elèctric, és a dir, una diferència de potencial.

El camp elèctric és proporcional a la densitat de corrent i a la inducció magnètica. Aquest fenomen es coneix com a efecte Hall, Edwin H. Va ser descobert per Hall en 1879. Aquest fenomen es deu a l'aparició d'una força que desvia lateralment els electrons en moure les partícules amb càrrega elèctrica (en aquest cas els electrons) dins del camp magnètic.

L'efecte Hall pot utilitzar-se per a mesurar la densitat dels portadors de càrrega (electrons negatius o buits positius) i en l'actualitat s'utilitzen mesuradors basats en l'efecte Hall en laboratoris de tot el món.

Utilitzant baixes temperatures (-272 °C) i grans camps magnètics (de l'ordre de 30 tesles) s'ha estudiat l'efecte Hall en materials semiconductors (és a dir, amb capes molt fines de material), on s'ha observat que la naturalesa de l'efecte Hall canvia. En 1980 Klaus von Klitzing va descobrir que la conductància Hall no depèn de les característiques del material, sinó que està quantitzada, és a dir, la capacitat dels electrons està quantitzada per a transportar la càrrega elèctrica i varia no linealment en funció de la temperatura, sinó a salts.

A més, la magnitud d'aquests salts no depèn de les característiques del material, sinó que els valors de la conductància Hall s'obtenen multiplicant per un nombre enter la combinació de certes constants físiques bàsiques (càrrega de l'electró i constant de Planck). Aquest descobriment es diu efecte quàntic Hall (temperatura a la qual la resistència òhmica desapareix i el material es converteix en superconductor). Aquest efecte es pot entendre utilitzant les lleis de la física quàntica.