霍尔效应与电阻测量报告.ppt

霍尔效应及磁电阻测量 1 霍尔效应 霍尔效应的应用 测量载流子浓度 判断半导体类型 测量磁场强度 测量地磁场 电信号转换及运算 设计磁流体发电机 测量电流强度 测量微小位移 　　德国物理学家冯·克利青等在二维体系 的霍尔效应实验中，多次研究在处于极低温度 1.5K 和强磁场18T 的作用下，发现了一个与 经典霍尔效应完全不同的现象: 霍尔电阻R H 随磁场的变化出现了一系列量子化电阻平台, 这些平台电阻为　　,这种现象称为整数量 子霍尔效应。 Stormer, Horst L. 　　崔琦、施特默和劳克林在比整数量子霍尔 效应更低的温度0.1K 和更强的磁场20T条件 下,对具有高迁移率的更纯净的二维电子气系统 样品的测量中,也在一些电阻和温度范围内观测 到横向霍尔电阻呈现平台而同时纵向电阻减小 到零的现象,但不同的是,这些平台对应的不是 整数值,而是分数值,称为分数量子霍尔效应。 　　磁电阻效应MR是指物质在磁场的作用下电阻发生变化的物理现象。表征磁电阻效应大小的物理量为MR，其定义为： 　　　正常磁电阻效应来源于磁场对电子的洛仑兹力,导致载流子运动发生偏转或产生螺旋运动,使电子碰撞几率增加,电阻增大. 　　如果电子运动的速度V V0 时,电子将沿着 洛仑兹力作用的方向偏转, 使沿着外电场方向的 电流密度减小,即由于磁场的存在而增加了电阻, 　　　在铁磁性物质中,当外磁场与电流的夹角变化时,样品的电阻也随之变化. 这种现象被称之为各向异性磁电阻效应. 　GMR 传感器 图６ 四端法测电阻示意图 R=U/I ρ=RS/L S=Wt 图７ [Co（1 nm）/ITO （2nm）]50 多层膜电阻随磁场的变化关系 * ?2000 Prentice Hall * 1.1 经典霍尔效应 1.2 量子霍尔效应 分数量子霍尔效应 整数量子霍尔效应 2 磁电阻效应 2.11 正常磁电阻效应(OMR)的基本原理 2.12 各向异性磁电阻效应(AMR) 的基本原理 2.13 巨磁阻效应(GMR) 的基本原理 2.1 磁电阻效应(MR)原理 2.2 磁电阻测量 LOGO Magnetic Resistance Ｏrdinary Anisotropic Ｇiant 当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。 1.1 经典霍尔效应 LOGO 当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有 图１　霍尔效应原理 得 霍尔系数 LOGO 1.21 整数量子霍尔效应 LOGO 二维电子气主要用MOSFET方式实现 图２　MOSFET 示意图 二维电子系统在强磁场作用下, 会形成电子的分立能级(称为Landan 能级). 图３　整数量子霍尔效应 Prof. Robert B. Laughlin 崔琦 1.22 分数量子霍尔效应 LOGO 　　他是获得这一世界科学最高奖的第六名华人, 另外五名分别是杨振宁、李政道、丁肇中、李远哲、朱棣文。 　　崔琦，1939年出生在中国河南省宝丰县一个殷实的家庭，崔琦在家中是老幺，上有三位姐姐。1949年国内战乱, 姐姐们逃至香港, 1951年,12岁的崔琦被接到香港, 四姐弟远离父母, 在香港自力更生。 　　聪颖的崔琦进入香港培正中学读初二, 并完全依靠奖学金读至高中毕业。1958年, 崔琦以优异的成绩获得留美奖学金的资助进入美国里斯特纳大学, 毕业后又入芝加哥大学攻读物理博士, 后进入贝尔实验室做研究, 80年代中期, 进入普林顿大学执教至今。 宇称不守恒理论 J粒子 以分子水平化学反应动力学的研究 发展利用雷射冷却与捕捉原子方法 　　崔琦——物理学家，1998年诺贝尔物理奖得主之一。 　　丘成桐——数学家，数学界最高荣誉菲尔兹奖得主之一　　　　　　　　　 　　何沛雄教授－－香港大学中文系名誉教授 　　吴家玮——香港科技大学创校校长 　　钟景辉——资深的香港舞台剧演员和导演，戏剧教育家 　　　　　　 电视制作人，电视剧演员及电视节目主持。 　　唐英年——现任香港财政司司长。 　　黄杏秀——香港电视艺员。 　　欧倩怡——香港电视艺员。 　　王晶—