Квантовый эффект Холла

Квантовый эффект Холла связан с внедрением явления сверхпроводимости. Если структура металл-окисел-полупроводник (МОП-структура) охладить до температуры 4,2 К и поместить в сильное магнитное поле с индикацией (6-12) Тл, то на выходе МОП-структуры, именуемой холловским контактом, электронное сопротивление будет изменяться ступенчатым образом. Величина холловского сопротивления (константа К. Клитцинга) Rx= 25812,807 Ом с погрешностью измерений, выполненных за рубежом и в нашей стране, более . По забугорным данным значение соотношения e/h в наиблежайшее годы будет доказано с погрешностью до . В данном случае значительно (как минимум на порядок) уменьшиться погрешность измерения единицы электронного сопротивления.

Соответственная установка, воспроизводящая размер Ома, включена в состав муниципального образца электронного сопротивления. Другой составной частью образца является группа из 10 манганиновых катушек сопротивления с номинальным значением 1 Ом, обеспечивающая проигрывание Ома со средним квадратическим отклонением результата измерений (по 10 независящим измерениям). При помещении металла в сильное магнитное поле уровни электронов квантуются (квантование Ландау), меняются уровни Ферми, что приводит к осцилляции магнитной проницаемости, проводимости.

Это явление приметно проявляется для сверхпроводников в магнитных полях (квантовый магниторезистивный эффект Холла). Сущность его состоит в том, что если охладить МОП (металл – окисел – полупроводник) структуру (холловский контакт) до температуры ниже критичной, то ее сопротивление в магнитном поле будет изменяться ступенчатым образом.

(6.5)

где h = 25812.807 Ом – неизменная Клитцинга.

Рис. 6.4 Зависимость холловского сопротивления от магнитного поля.

Как было увидено Клитцингом, при измерении эффекта Холла в инверсном слое кремниевого МОП транзистора при низких температур (Т ~ 1 K) и в сильных магнитных полях (B > 1 Тл) линейная зависимость холловского сопротивления сменяется вереницой ступеней (плато) как показано на Рис. Когда на зависимоcти холловского сопротивления Rх наблюдается плато, продольное электронное сопротивление становится очень малой величиной. При низких температурах ток в образчике может течь без диссипации (рассеяния).