Kesan Dewan dan sensor berdasarkannya

Kesan Dewan telah ditemui pada tahun 1879 oleh saintis Amerika Edwin Herbert Hall. Inti adalah seperti berikut (lihat Rajah). Jika arus dilalui melalui plat konduktif dan medan magnet diarahkan serenjang ke plat, maka voltan muncul pada arah melintang ke arus (dan arah medan magnet): Uh = (RhHlsinw) / d, di mana Rh adalah pekali Dewan bergantung kepada bahan konduktor; H ialah kekuatan medan magnet; Saya adalah semasa dalam konduktor; w adalah sudut antara arah arus dan medan induksi medan magnet (jika w = 90 °, sinw = 1); d ialah ketebalan bahan.

Oleh sebab kesan output ditentukan oleh hasil dua kuantiti (H dan I), sensor Dewan sangat banyak digunakan. Jadual ini menunjukkan pekali Hall untuk pelbagai logam dan aloi. Jawatan: T - suhu; B adalah fluks magnet; Rh - Pekali Dewan dalam unit m3 / C

Suis jarak dekat dewan kesan berdasarkan kesan Hall telah digunakan di luar negara secara meluas sejak awal 70-an. Kelebihan suis ini adalah kebolehpercayaan dan ketahanan yang tinggi, dimensi kecil, dan keburukan adalah penggunaan tenaga malar dan kos yang agak tinggi.

Prinsip operasi penjana Dewantetapi

Sensor Hall mempunyai reka bentuk yang berlapis. Semikonduktor terletak di satu sisi celah, di mana arus mengalir semasa penyalaan dihidupkan, dan sebaliknya, magnet kekal.

Dalam medan magnet, elektron bergerak dipengaruhi oleh daya. Vektor daya adalah tegak lurus ke arah kedua-dua komponen magnet dan elektrik di lapangan.

Jika wafer semikonduktor (contohnya, dari indium arsenide atau indium antimonide) diperkenalkan ke dalam medan magnet melalui induksi ke arus elektrik, maka perbezaan potensi timbul pada sisi, berserenjang dengan arah arus. Voltan Dewan (Hall EMF) berkadar dengan induksi semasa dan magnet.

Terdapat jurang antara plat dan magnet. Dalam jurang sensor adalah skrin keluli. Apabila tiada skrin dalam jurang, medan magnet bertindak di atas plat semikonduktor dan perbezaan potensi dikeluarkan dari situ. Sekiranya terdapat skrin di dalam jurang, maka garis-garis magnet yang berkuat kuasa menutup skrin dan tidak bertindak pada plat, dalam kes ini, perbezaan potensi tidak berlaku pada plat.

Litar bersepadu menukar perbezaan potensi yang dibuat pada plat ke dalam denyutan tegangan negatif nilai tertentu pada output sensor. Apabila skrin berada dalam jurang sensor, akan ada voltan pada outputnya, jika tiada skrin dalam jurang sensor, maka voltan pada output sensor hampir kepada sifar.

Kesan Dewan kuantum pecahan

Banyak yang telah ditulis tentang kesan Dewan, kesan ini secara intensif digunakan dalam teknologi, tetapi saintis terus mengkajinya. Pada tahun 1980, ahli fizik Jerman Klaus von Klitzung mengkaji operasi kesan Hall pada suhu ultralow. Dalam plat semikonduktor nipis, von Klitzung secara beransur-ansur menukar kekuatan medan magnet dan mendapati bahawa rintangan Dewan tidak berubah dengan lancar, tetapi dalam melompat. Magnitud melompat tidak bergantung pada sifat bahan, tetapi merupakan gabungan pemalar fizikal asas yang dibahagikan dengan nombor yang tetap. Ternyata bahawa undang-undang mekanik kuantum entah bagaimana mengubah sifat kesan Dewan. Fenomena ini telah dipanggil kesan kuantum Hall integral. Untuk penemuan ini, von Klitzung menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1985.

Dua tahun selepas penemuan von Klitzung di makmal Telefon Bell (yang mana transistor dibuka), pekerja Stormer dan Tsui mengkaji kesan kuantum Hall menggunakan sampel yang sangat bersih dari galium arsenide besar yang dibuat di makmal yang sama.Sampel itu mempunyai tahap kesucian yang tinggi sehingga elektron melaluinya dari ujung ke ujung tanpa mengalami halangan. Percubaan Stormer dan Tsui berlaku pada suhu yang jauh lebih rendah (hampir sifar mutlak) dan dengan medan magnet yang lebih kuat daripada eksperimen von Klitzung (sejuta kali lebih tinggi daripada Medan magnet bumi).

Untuk kejutan besar mereka, Stormer dan Tsui menemui lompatan di rintangan Hall tiga kali lebih besar daripada von Klitzung. Kemudian mereka menemui lonjakan yang lebih besar. Hasilnya adalah kombinasi pemalar fizikal yang sama, tetapi tidak dibahagikan dengan integer, tetapi dengan bilangan pecahan. Ahli fizikal mengenakan elektron sebagai pemalar yang tidak boleh dibahagikan kepada bahagian. Dan dalam eksperimen ini, sepertinya, zarah dengan caj fraksional telah disertai. Kesannya dipanggil kesan Hall kuantum pecahan.

Setahun selepas penemuan ini, seorang pekerja makmal La Flin memberikan penjelasan teoritis tentang kesannya. Beliau menyatakan bahawa gabungan suhu ultra rendah dan medan magnet yang kuat menyebabkan elektron membentuk cecair kuantum yang tidak dapat dikompresikan. Tetapi angka yang menggunakan grafik komputer menunjukkan aliran elektron (bola) menembusi pesawat. Ketangguhan dalam pesawat mewakili pengagihan caj salah satu daripada elektron dengan kehadiran medan magnet dan caj elektron lain. Sekiranya elektron ditambah kepada cecair kuantum, maka jumlah quasipartikel tertentu dengan cas pecahan dibentuk (dalam angka ini ditunjukkan sebagai satu set anak panah untuk setiap elektron).
Pada tahun 1998, Horst Stormer, Daniel Tsui, dan Robert Laughlin dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik. Pada masa ini, H. Stormer adalah seorang profesor fizik di Columbia University, D. Tsui adalah seorang profesor di Princeton University, dan R. Laughlin adalah seorang profesor di Stanford University.