
【計】 Hall effect
【計】 Hoare
effect
【醫】 effect
霍爾效應(Hall Effect)是電磁學中的基礎物理現象,指當電流垂直于外磁場方向通過導體或半導體時,在垂直于電流和磁場的方向上産生電勢差的現象。該效應由美國物理學家埃德溫·霍爾(Edwin Hall)于1879年發現,其英文術語為"Hall Effect"。
機制解釋
載流子(電子或空穴)在磁場中受洛倫茲力(( mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B}) ))作用發生偏轉,導緻電荷在材料兩側積累,形成橫向電場 ( E_H )。當電場力與洛倫茲力平衡時,電勢差穩定,稱為霍爾電壓(( V_H ))。
數學表達
霍爾電壓公式為:
$$ V_H = frac{I B}{n e d} $$
其中:
載流子類型與濃度測量
通過霍爾電壓極性可判斷半導體材料以電子(n型)或空穴(p型)導電,結合公式可計算載流子濃度,是半導體表征的關鍵技術。
來源:中國科學院物理研究所《半導體物理基礎》
磁場傳感器
霍爾元件将磁信號轉為電信號,廣泛應用于電機控制、位置檢測(如汽車節氣門位置傳感器)及電流檢測模塊。
來源:IEEE Transactions on Industrial Electronics
量子霍爾效應
在低溫強磁場下出現量子化電導(( R_H = frac{h}{e} )),為電阻标準提供依據,1985年相關研究獲諾貝爾物理學獎。
來源:諾貝爾獎官網
來源:美國物理學會(APS)《應用物理評論》
霍爾效應是電磁學中的重要現象,由美國物理學家埃德溫·霍爾(Edwin H. Hall)于1879年發現。其核心描述為:當電流垂直于外磁場通過導體或半導體時,載流子受洛倫茲力作用發生偏轉,在垂直于電流和磁場的方向上産生電勢差(即霍爾電壓)。
物理機制
載流子(電子或空穴)在磁場中運動時受洛倫茲力作用偏轉,導緻材料兩側電荷積累形成橫向電場。當電場力與洛倫茲力平衡時,電荷停止聚集,此時電勢差即為霍爾電壓。
公式表達為:
$$
V_H = frac{I B}{n e t}
$$
其中,$V_H$為霍爾電壓,$I$為電流,$B$為磁感應強度,$n$為載流子濃度,$e$為電荷量,$t$為材料厚度。
霍爾系數
定義為$R_H = frac{1}{n e}$,反映材料特性:n型半導體(電子導電)$R_H$為負,p型半導體(空穴導電)$R_H$為正。
霍爾效應根據條件不同分為四類:
霍爾效應不僅驗證了金屬中電子導電的微觀機制,還為凝聚态物理開辟了新方向(如量子霍爾效應的發現者克勞斯·馮·克利欽獲1985年諾貝爾獎)。
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