「科普速遞」明辨「黑白」——看懂新的霍爾效應

2021-02-08 理性邊界

作者 ▏傅雲濤

編輯 ▏阿欣

Nature的一份最新研究報導,由IBM帶頭的研究團隊興奮地宣布一個涉及霍爾效應長達140年「懸案」有了新突破。而這個懸案的解決,能夠幫人們進一步認識半導體的性質。

▼神奇的半導體。自從被發現起,它們就站在科學尖端。即使今天,它們已經走進了千家萬戶,也仍有無數的未解之謎。

在1879年,美國物理學家霍爾發現了著名的霍爾效應——當電流垂直於外磁場通過半導體時,載流子會發生偏轉,產生一個電壓(學過中學物理的同學們或許能明白,這就是帶電粒子在磁場中受洛倫茲力運動的一種特殊現象)。

在霍爾效應中產生的電壓,也就是霍爾電壓,有著很大的物理意義。通過測量霍爾電壓,物理學家們能夠了解到半導體中載流子的電性、密度、移動速度等信息。

▼中學課本裡的霍爾效應。當然,它也是考卷上的常客。

在霍爾效應發現之後,人們發現光居然也能帶來霍爾效應——「光霍爾實驗」中,光能帶來多種載流子和對應的空穴,從而「空穴來電」——產生了電壓。

不過,對於這「多種載流子」,人們就「看花了眼」——只能把握住主要的載流子,而對於其他載流子的情況就不太清楚了。

如何把主要和次要載流子的行為區分開?成了前進道路上的攔路虎,使得一些光電方面的進展受阻。

磁場能產生霍爾效應,光也能產生霍爾效應。是不是很神奇?

來自韓國科學技術研究所、韓國化學技術研究所、杜克大學和IBM的科學家們經過研究,得出了一種新的公式和技術。這樣一來,「五色令人目盲」就變成了「黑白分明」,人們也能看清兩種載流子各自的行為了。

話題討論 歡迎留言

1、關於霍爾效應,你了解了什麼?

2、你知道霍爾效應還有哪些應用嗎?

參與評論者,將不定期有獎品相送哦!請在後臺參與評論!

相關焦點

  • 揭開隱藏140年的霍爾效應秘密
    其實際應用包括新的和更快的半導體特性、性能更好的光電組件,以及可用於人工智慧(AI)技術的新材料和新組件。uo9ednc「我們所取得的進步是基於對光的霍爾效應新認識,它可以用一個簡潔的方程式來概括:Δμ=d(σ2H)/dσ,自1879年發現霍爾效應以來的140年裡,這方程來一直不為人所知。
  • 霍爾效應傳感器發現磁場中的細微差別
    「「三明治」結構用作超靈敏霍爾效應器件」由物理學助理教授卡佳·諾瓦克(Katja Nowack)領導的研究人員創造了這種微米級的霍爾效應傳感器,從而使該器件可在比以前的霍爾傳感器更大的溫度範圍內工作。該小組的論文「超淨石墨烯霍爾傳感器的磁場檢測極限」於8月20日在《自然通訊》上發表。
  • 電荷具有霍爾效應,你知道自旋也有霍爾效應嗎?
    自旋霍爾效應的原理自旋霍爾效應簡單說來就是在橫向電場的作用下,縱向產生自旋流的效應。這是由於自旋軌道的相互作用使電荷流和自旋流產生耦合(自旋和軌道間的耦合作用會對不同自旋的電子產生不同的偏轉作用),從而導致了自旋霍爾效應。
  • 進展|熱霍爾效應中的普適標度律
    2019年,《自然》雜誌報導在銅氧化物高溫超導母體中也發現了巨大的熱霍爾效應,引起了很多討論。與一般霍爾效應不同,熱霍爾效應測量垂直磁場下縱向熱流導致的橫向溫度梯度。在關聯絕緣體中,熱霍爾效應來自電中性載流子如聲子、磁激子、自旋子等的本徵或誘導的非平庸拓撲性質。
  • 「圖解·汽車」3分鐘看懂「汽車電器系統」(終)
    本系列目錄:「圖解·汽車」了解發動機的基本構造「圖解·汽車」徹底看懂發動機內部結構「圖解·汽車」一篇看懂,發動機外部結構「圖解·汽車」變速箱結構,一篇看懂!「圖解·汽車」一篇看懂汽車「懸架系統」「圖解·汽車」一篇看懂「輪胎」、「轉向和制動系統」用最簡潔的圖片和最少的廢話,帶你看懂汽車!汽車電器由電源和用電設備兩大部分組成。電源包括蓄電池和發電機。
  • 霍爾效應
    霍爾效應儘管麥克斯韋方程組正確描述了電場和磁場的關係,但當時對「磁體與電流之間如何相互作用」仍不清楚。
  • 一文讀懂神奇的量子反常霍爾效應,未來科技革命有望由此產生
    霍爾效應——老樹開新花 不難看出「量子反常霍爾效應」的名字中有「霍爾效應」這個中心詞,無論多麼「量子」,多麼「反常」,認祖歸宗之後本質上還是一種「霍爾效應」。這一電磁學領域的經典效應發現於140年前,現早已成為了高中物理課本中的重要內容。我們且做一個簡單回顧,喚醒各位讀者沉睡已久的記憶。
  • 量子反常霍爾效應
    他們的計算表明,這種磁性拓撲絕緣體多層膜在一定的厚度和磁交換強度下,即處在「量子反常霍爾效應」態。該理論與材料設計的突破引起了國際上的廣泛興趣,許多世界頂級實驗室都爭相投入到這場競爭中來,沿著這個思路尋找量子反常霍爾效應。研究過程自1988年開始,就不斷有理論物理學家提出各種方案,然而在實驗上沒有取得任何進展。
  • 什麼是「量子自旋霍爾效應」?
    ,利用這個規律可以使電子以新的姿勢非常有序地"舞蹈",從而使能量耗散很低。鐵磁導體中的霍爾電阻由正比於磁場的正常霍爾效應部分和正比於材料磁化帶來的反常霍爾效應部分組成。量子反常霍爾效應指的是反常霍爾效應部分的量子化。量子自旋霍爾效應的發現極大地促進了量子反常霍爾效應的研究進程。前期的理論預言指出,量子反常霍爾效應能夠通過抑制HgTe系統中的一條自旋通道來實現。
  • 鏡頭塵埃 | 新彩色攝影之「新」
    在拍攝時,我們選擇黑白而非彩色,往往是為了規避圖像顏色的雜亂或者是得到某種不易過時的凝固感。顯而易見,比起黑白照片,彩色照片更能夠還原我們真實的世界。習慣於彩色照片的我們,似乎很難想像,在50年前,攝影家拒絕彩色照片的原因竟然是其不夠寫實。
  • 霍爾傳感器的分類、霍爾效應與霍爾傳感器的應用
    霍爾傳感器是一種磁傳感器。用它可以檢測磁場及其變化,可在各種與磁場有關的場合中使用。霍爾傳感器以霍爾效應為其工作基礎,是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器。霍爾傳感器是根據霍爾效應製作的一種磁場傳感器。
  • 張首晟55歲逝世 美國1個月前曾控「盜取技術」
    美國華裔物理學家、史丹佛大學教授張首晟1日驚傳跳樓輕生,年僅55歲,據說是因不敵憂鬱症,但張首晟及團隊在2007年發現「量子自旋霍爾效應」,被科學雜誌評為該年「全球十大重要科學突破」,這些成就也使其死因被冠上不少陰謀論,包括可能與「晶片」有關。
  • 英專家:量子反常霍爾效應預示新時代的來臨
    英專家:量子反常霍爾效應預示新時代的來臨來源:新華網 2013-04-14  劉石磊        中國科學家從實驗中首次觀測到量子反常霍爾效應,英國牛津大學專家對此發現予以高度評價,並指出這一成果預示著一個令人興奮的新時代的來臨。
  • 什麼是霍爾效應傳感器?
    什麼是霍爾效應傳感器?霍爾效應傳感器是磁性組件,可以轉換磁性編碼的信息(例如位置,距離和速度),以便電子電路可以對其進行處理。通常根據其輸出模式或操作模式進行分類。霍爾效應傳感器輸出分類:霍爾效應傳感器可分為兩類:數字量輸出型傳感器和模擬量輸出型傳感器。
  • 霍爾效應的原理及應用
    霍爾效應的原理霍爾效應是導電材料中的電流與磁場的相互作用,而產生電動勢的一種效應。,就得到霍爾效應的核心公式:這個U被稱為霍爾電壓。霍爾效應的實際應用霍爾效應的應用十分廣泛,就我比較熟悉的汽車測試行業,列舉兩例,來進一步理解霍爾效應。
  • 自旋霍爾效應研究新進展
    近年來,國際上關於半導體中自旋軌道耦合引致的各種新奇的物理現象進行了研究並取得了許多重要的進展,如本徵自旋Hall效應等。這些研究為在半導體中產生自旋流提供了新的途徑,並為未來的全電操縱的自旋電子學器件提供了物理基礎。但是,這些工作大多分別獨立地研究導帶電子或價帶空穴,相互之間不存在耦合。自旋軌道耦合恰恰是來自這種導帶-價帶的耦合。
  • 霍爾效應原理發現應用
    霍爾效應原理發現應用一、霍爾效應的發現美國物理學家1879年霍爾發現,當電流通過位於磁場中的導體時,會產生與電流方向和磁場方向垂直的電位差。霍爾效應在半導體中顯得更加明顯。二、霍爾效應的原理「497」效應本質上是由運動的帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力所引起的偏轉。當帶電子(空穴或電粒子)被困在固體材估中,這類因受力而改變方向就會使在磁場方向上產生正負電荷的聚積和垂直電流,從而形成附加的橫向電場,也就是霍爾電場EH。
  • 量子反常霍爾效應比肩諾獎 或促成投資新主題
    清華大學發現「量子反常霍爾效應」  清華大學和中國科學院物理研究所昨日在北京聯合宣布,由清華大學薛其坤院士領銜的科研團隊首次在實驗中發現量子反常霍爾效應,攻克世界難題。  「量子霍爾」是諾獎熱門  霍爾效應是美國物理學家霍爾在1879年發現的一個物理效應。在一個通有電流的導體中,如果施加一個垂直於電流方向的磁場,由於洛倫茲力的作用,電子的運動軌跡將產生偏轉,從而在垂直於電流和磁場方向的導體兩端產生電壓,這個電磁輸運現象就是著名的霍爾效應。
  • 量子霍爾家族的新成員 實驗發現量子反常霍爾效應
    量子霍爾效應是整個凝聚態物理領域最重要、最基本的量子效應之一。它是一種典型的宏觀量子效應,是微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的一個完美體現。在量子霍爾效應家族裡一個至今尚未被發現的效應是「量子反常霍爾效應」——不需要外加磁場的量子霍爾效應。
  • 【一文帶你了解霍爾效應】霍爾效應的原理分析及應用
    霍爾效應在1879年被物理學家霍爾發現,它定義了磁場和感應電壓之間的關係,這種效應和傳統的電磁感應完全不同