遇到霍尔效应这个问题，特此收集了一下资料，学习一下（来自：http://baike.baidu.com/view/94204.htm）。 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国 物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流 垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差 ，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。
霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电压差。 虽然这个效应多年前就已经被大家知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器。
在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导体中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过 霍尔效应
不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。 方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。 洛伦兹力 f=qE+qvB/c(Gauss 单位制) 电荷在横向受力为零时不在发生横向偏转，结果电流在磁场作用下在器件的两个侧面出现了稳定的异号电荷堆积从而形成横向霍尔电场 E= - vB/c 由实验可测出 E= UH/W 定义霍尔电阻为 RH= UH/I =EW/jW= E/j j = q n v RH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc) UH=RH I= -B I /(q n c) 相关反应 量子霍尔效应 热霍尔效应：垂直磁场的导体会有温度差。 Corbino效应：垂直磁场的薄圆碟会产生一个圆周方向的电流。 自旋霍尔效应 本质 固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。 应用 霍尔效应在应用技术中特别重要。霍尔发现，如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电压(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。好比一条路， 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动. 当有磁场时， 大家可能会被推到靠路的右边行走. 故路 (导体) 的两侧, 就会产生电压差. 这个就叫“霍尔效应”。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。 迄今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关，等等。 例如汽车点火系统，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元（ECU）的初级电流。相对于机械断电器而言，霍尔式点火脉冲发生器无磨损免维护，能够适应恶劣的工作环境，还能精确地控制点火正时，能够较大幅度提高发动机的性能，具有明显的优势。 用作汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制电磁干扰的作用。许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。 霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换；可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。目前的霍尔器件都可承受一定的振动，可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作，全部密封不受水油污染，完全能够适应汽车的恶劣工作环境。 发展 美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing, 1943-)等在研究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量子霍尔效应，这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。 之后，美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939- )和美国物理学家劳克林(Robert B.Laughlin，1950-)、施特默(Horst L. St rmer，1949-)在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。 最近，复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。“量子自旋霍尔效应”最先由张首晟教授预言，之后被实验证实。这一成果是美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。如果这一效应在室温下工作，它可能导致新的低功率的“自旋电子学”计算设备的产生。 目前工业上应用的高精度的电压和电流型传感器有很多就是根据霍尔效应制成的，误差精度能达到0.1%以下 意义 整数量子霍尔效应：量子化电导e2/h被观测到,为弹道输运（ballistic transport）这一重要概念提供了实验支持。 分数量子霍尔效应：劳赫林与J·K·珍解释了它的起源]。两人的工作揭示了涡旋（vortex）和准粒子（quasi-particle）在凝聚态物理学中的重要性。 研究前景 整数量子霍尔效应的机制已经基本清楚，而仍有一些科学家，如冯·克利青和纽约州立大学石溪分校的V·J·Goldman，还在做一些分数量子效应的研究。一些理论学家指出分数量子霍尔效应中的某些平台可以构成非阿贝尔态（Non-Abelian States），这可以成为搭建拓扑量子计算机的基础。 石墨烯中的量子霍尔效应与一般的量子霍尔行为大不相同，称为异常量子霍尔效应(Anomalous Quantum Hall Effect)。 此外，Hirsh、张守晟等提出自旋量子霍尔效应的概念,与之相关的实验正在吸引越来越多的关注。 霍尔效应（图中电场方向应向下）
反常霍尔效应 （来自）
自然界中，磁极总是南极北极成对出现的，而不象电子以孤立的正电子或负电子形式存在。1913年，狄拉克曾预言存在磁单极，即存在孤立的磁南极或磁北极，这样的基本粒子叫做磁单极子。但实验上至今没有发现磁单极子的确切证据。最近一组来自日本、中国、瑞士的科学家报告他们发现了磁单极子存在的间接证据。他们在铁磁晶体中观察到反常霍尔效应，并且认为只有假设存在磁单极子才能解释这种现象。
定义
美国 物理学家霍尔 (1855-1938)发现，如果对位于磁场 中的导体施加一个电压 ，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么在既与磁场垂直又和所施加电流 方向垂直的方向上会产生另一个电压，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应 。更通俗地说，就是导体 中有电流 时，就有电荷载子在里面移动。而当导体内有磁场时，导体内的电荷载子运动就会受影响，这些电荷载子因此可能就会往某一边靠过去。导体的两侧，就会产生电压差。铁磁材料 的霍尔效应通常由两部分构成，一般非磁金属材料的电阻应正比于外加磁场，称为一般霍尔效应。然而在铁磁金属材料中，其电阻 还与材料的磁化强度有关，此项被称为反常霍尔效应。
反常霍尔效应是研究铁磁体中载流子 特性的重要手段之一，过去人们并不十分理解它的产生机制。大约两年前中国科学院物理研究所 /北京凝聚态物理国家实验室 姚裕贵副研究员和合作者利用第一性原理方法，首先从理论上发现室温下经典铁磁材料如铁等的反常霍尔效应主要来源于内秉无散射机制既Berry几何相位的贡献，而不是早期研究中常常认为的外秉散射机制（详见Yao
et. al., Phys. Rev. Lett. 92, 037204
(2004)），因而内秉机制的研究对理解反常霍尔效应尤其重要。实验中经常观测到反常霍尔电导率和磁化强度成线性关系，内秉机制如何反映为这种行为，当时是不清楚的。
反常霍尔效应 近日,姚裕贵副研究员 和美国Tennessee大学实验研究小组Changgan Zeng博士、Hanno H.
Weitering教授及美国Texas大学Austin分校牛谦教授合作，从理论和实验两方面针对铁磁体Mn5Ge3薄膜体系 中的反常霍尔效应进行了系统的研究，尤其是对产生反常霍尔效应的内秉机制和磁化强度的关系进行了深入的探索，并取得了新的重要成果。他们通过理论分析 首先发现实验中观测到的反常霍尔效应可以分离出内秉和外秉机制的贡献，其中内秉部分和第一性原理方法计算的理论值非常接近。此外理论和实验上同时还发现Mn5Ge3体系中内秉反常霍尔电导率的大小和磁化强度成线性依赖关系，实验和理论值在0
∽ 240K (0.8TC)
温度范围内较吻合，此现象可用有限温度下自旋波的长波起伏图象进行解释。这个工作进一步澄清了反常霍尔效应中内秉机制的作用，是这一研究领域的重要进展。
电场和磁场之间缺少对称是物理学 上最老的谜团之一。为什么电子有正负电荷之分，而南北磁极却不可分离呢？狄拉克奖磁单极子的存在和电荷量子化联系在一起——这是另一个还没搞清楚的谜团——但磁单极子确实在实验中还未被发现过。
一些寻求统一电弱与强相互作用的理论也预言了磁单极子的存在。但这些所谓大统一理论预言的单极子的质量对于实验来说太大了，大约有10^16千兆电子伏。
来自位于Tsukuba的AIST(the National Institute of
Advanced Industrial Science and Technology)的Yoshinori
Tokura和他的合作者们没有在实空间中寻找磁单极子，而是到动量空间中寻找。物理学家 们利用了凝聚态物质中费米面 (Fermi surfaces)、布里渊区 (Brillouin
zones)所构造的动量空间。这个小组被一个近来的理论工作所启发，这个理论提出，动量空间 中磁单极子的行为和反常霍尔效应有密切联系。
Tokura和合作者们将一个由锶 、钌 和氧制成的晶体放进一个指向z极的磁场，然后在电流通过x方向时，测量横向的电阻系数，即y方向的电阻系数。他们发现电阻系数并没按预料中的随温度线性变化，而是起伏变化，甚至改变了符号。
研究者们还用高分辨率的克尔显微术 (Kerr
microscopy)测量了晶体一层薄片的横向光电导率，发现了一个在低能时的尖峰。按照Tokura及其合作者的解释，这个尖峰只能由晶体能带结构中存在磁单极子来解释。这两个反常效应是磁单极子存在的“指纹”。现在小组计划寻找能够显示更强的反常效应的物质。这个电磁学规律是物理学每个领域的新起点，从这个观点出发，已经证明我们能利用固态晶体 的实验能够验证包括粒子物理 和宇宙物理 中的大多数物理问题。
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