ההבדל העיקרי בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי הוא שאפקט הול מתרחש בעיקר על מוליכים למחצה, בעוד שהאפקט הקוונטי הול מתרחש בעיקר במתכות.
אפקט הול מתייחס ליצירת פוטנציאל חשמלי בניצב הן לזרם חשמלי הזורם לאורך חומר מוליך והן לשדה מגנטי חיצוני המופעל בזווית ישרה לזרם בעת הפעלת השדה המגנטי. השפעה זו נצפתה בשנת 1879 על ידי אדווין הול. אפקט הול הקוונטי התגלה מאוחר יותר, כגזירה של אפקט הול.
מהו אפקט הול?
אפקט הול מתייחס לייצור של הפרש מתח שהוא רוחבי לזרם חשמלי ולשדה מגנטי מופעל. כאן, הפרש המתח נוצר על פני מוליך חשמלי. הזרם החשמלי נוצר על ידי מוליך חשמלי זה והשדה המגנטי המופעל עליו מאונך לזרם. אפקט זה התגלה על ידי אדווין הול בשנת 1879. הוא גם המציא את מקדם הול, שהוא היחס בין השדה החשמלי המושרה למכפלת צפיפות הזרם והשדה המגנטי המופעל. ערכו של מקדם זה הוא מאפיין של החומר ממנו עשוי המוליך. לכן, ערכו של מקדם זה תלוי בסוג, במספר ובמאפיינים של נושא המטען המהווה את הזרם.
אפקט האולם נוצר עקב אופי הזרם במוליך. בדרך כלל, זרם חשמלי מכיל תנועה של נושאי מטען קטנים רבים כגון אלקטרונים, חורים, יונים או שלושתם. כאשר יש שדה מגנטי, המטענים הללו נוטים לחוות כוח הנקרא כוח לורנץ. כאשר אין שדה מגנטי כזה, המטענים נוטים ללכת בערך בקו ראייה ישר בין התנגשויות עם זיהומים.
יתר על כן, כאשר שדה מגנטי מופעל בניצב, נתיב המטענים בין התנגשויות נוטה להתעקל; לפיכך, מטענים נעים מצטברים על פני אחד של החומר, ומשאירים מטענים שווים והפוכים חשופים בצד השני. תהליך זה מביא לחלוקה א-סימטרית של צפיפות המטען על פני אלמנט הול הנובע מהכוח הניצב הן לנתיב קו הראייה והן לשדה המגנטי המופעל. הפרדת המטענים הללו יוצרת שדה חשמלי. זה נקרא אפקט הול.
מהו אפקט ה-Quantum Hall?
אפקט הול קוונטי הוא מושג מכאני קוונטי המתרחש במערכת אלקטרונים דו מימדית הנתונה לטמפרטורה נמוכה ולשדה מגנטי חזק. כאן, "הולכת האולם" עוברת מעברי הול קוונטיים כדי לקבל את הערכים הקוונטיים ברמה מסוימת. הביטוי המתמטי לאפקט האולם הקוונטי הוא כדלקמן:
הולכת הול=Ichannel/VHall=v.e2/h
Ichannel הוא זרם הערוץ, VHall הוא מתח ההול, e הוא המטען היסודי, h הוא הקבוע של פלאנק ו- v הוא קדם הנקרא גורם המילוי שהוא ערך של מספר שלם או ערך שבר. לכן, אנו יכולים לזהות שאפקט ההול הקוונטי הוא המספר השלם של אפקט הול הקוונטי השבר תלוי אם "v" הוא מספר שלם או שבר, בהתאמה.
לאפקט הול הקוונטי במספר שלם יש תכונה ספציפית, כלומר, התמדה של הקוונטיזציה כשצפיפות האלקטרונים משתנה.כאן, צפיפות האלקטרונים נשארת קבועה כאשר רמת הפרמי נמצאת בפער ספקטרלי נקי; לפיכך, מצב זה מתאים למצב שבו רמת הפרמי היא אנרגיה עם צפיפות סופית של מצבים, אם כי מצבים אלו הם מקומיים. כאשר בוחנים את אפקט הול הקוונטי השברירי, הוא מסובך יותר מכיוון שקיומו מסתמך ביסודו על אינטראקציות אלקטרונים-אלקטרון.
מה ההבדל בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי?
ההבדל העיקרי בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי הוא שאפקט הול מתרחש בעיקר על מוליכים למחצה, בעוד שאפקט הול הקוונטי מתרחש בעיקר במתכות. הבדל חשוב נוסף בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי הוא שאפקט הול מתרחש כאשר יש שדה מגנטי חלש וטמפרטורות בינוניות בעוד שאפקט הול קוונטי דורש שדות מגנטיים חזקים יותר וטמפרטורות נמוכות בהרבה.
להלן אינפוגרפיקה מסכמת את ההבדלים בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי.
סיכום – אפקט הול מול אפקט הול הקוונטי
אפקט הול הקוונטי נגזר מאפקט הול הקלאסי. ההבדל העיקרי בין אפקט הול לאפקט הול הקוונטי הוא שאפקט הול מתרחש בעיקר על מוליכים למחצה, ואילו אפקט הול הקוונטי מתרחש בעיקר במתכות.
