Efecto Hall y efecto cuántico Hall

1998/12/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Si una fina lámina metálica se coloca en el interior de un campo magnético formando la superficie de la lámina un ángulo recto respecto a la dirección del campo, y se hace pasar una corriente eléctrica en la dirección del eje longitudinal de la plancha, un campo eléctrico que forma un ángulo de 90º respecto al campo magnético y a la corriente eléctrica, es decir, una diferencia de potencial.

El campo eléctrico es proporcional a la densidad de corriente y a la inducción magnética. Este fenómeno se conoce como efecto Hall, Edwin H. Fue descubierto por Hall en 1879. Este fenómeno se debe a la aparición de una fuerza que desvía lateralmente los electrones al mover las partículas con carga eléctrica (en este caso los electrones) dentro del campo magnético.

El efecto Hall puede utilizarse para medir la densidad de los portadores de carga (electrones negativos o huecos positivos) y en la actualidad se utilizan medidores basados en el efecto Hall en laboratorios de todo el mundo.

Utilizando bajas temperaturas (-272 ºC) y grandes campos magnéticos (del orden de 30 teslas) se ha estudiado el efecto Hall en materiales semiconductores (es decir, con capas muy finas de material), donde se ha observado que la naturaleza del efecto Hall cambia. En 1980 Klaus von Klitzing descubrió que la conductancia Hall no depende de las características del material, sino que está cuantizada, es decir, la capacidad de los electrones está cuantizada para transportar la carga eléctrica y varía no linealmente en función de la temperatura, sino a saltos.

Además, la magnitud de estos saltos no depende de las características del material, sino que los valores de la conductancia Hall se obtienen multiplicando por un número entero la combinación de ciertas constantes físicas básicas (carga del electrón y constante de Planck). Este descubrimiento se llama efecto cuántico Hall (temperatura a la que la resistencia óhmica desaparece y el material se convierte en superconductor). Este efecto se puede entender utilizando las leyes de la física cuántica.