整數量子霍爾效應

整數量子霍爾效應

整數量子霍爾效應是二維電子氣系統在強磁場(約18萬高斯)和低溫(約1.5K)條件下的霍爾效應表現出明顯的量子化性質。

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正文


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。