什麼是反常霍爾效應,它和正常霍爾效應有什麼區別?

宇煙zh

反常霍爾效應也是由霍爾發現了。事實上,眾多帶霍爾的各種效應中(比如量子霍爾效應,熱霍爾效應,自旋霍爾效應,量子自旋霍爾效應等等),只有兩種效應是霍爾本人發現的,那就是正常霍爾效應和反常霍爾效應。

物理學家埃德溫·霍爾

1879年,霍爾發現,當給一塊導體加一個z方向的磁場,在x方向加一個電流時,樣品橫向,即y方向便會產生一個電壓,這個電壓就是霍爾電壓,對應的效應就是正常霍爾效應。僅僅兩年之後,霍爾報道了對鐵磁性金屬(鐵)的霍爾效應研究結果,發現鐵的霍爾效應比正常無磁金屬的霍爾效應大了十幾倍,這就是著名的反常霍爾效應。

金屬鎳的反常霍爾效應

這兩種效應,即正常霍爾效應和反常霍爾效應在物理學史上佔有很重要的地位。我們都會正常霍爾效應很熟悉了,在高中階段就學過。當時我們可能意識不到它的重要性。從歷史上來看,正常霍爾效應首次說明了導體中的載流子是如何運動的。我們可以通過它方便地得出導體內的載流子濃度。霍爾效應的發現在某種程度上催生了半導體物理和固體電子學的發展。它被稱為是固體輸運實驗中的女王(Queen)。

但甚至霍爾本人也沒有想到,他發現的反常霍爾效應直至經過了一百多年後的今天也沒有完全解釋清楚,要完全解釋反常霍爾效應,甚至要用到基於量子力學的幾何拓撲概念,即貝利相位,或者貝利曲率的概念。

關於反常霍爾效應的一個公式如下,

它的右邊兩項分別就是正常霍爾效應和反常霍爾效應的貢獻,其中正常霍爾效應與磁場直接相關,而反常霍爾效應則與材料的磁化強度有關。

經過長期的研究,科學家們現在總結出了反常霍爾的三種機制:即和貝利相位相關的內在偏轉機制,和雜質相關的偏轉機制以及和自旋軌道耦合相關的非對稱散射機制。具體在研究中出現的反常霍爾效應到底是屬於哪種機制,一直是科研上爭論的熱點。具體的研究工作有待進一步進行。


分享到:


相關文章: