La diferencia clave entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico es que el efecto Hall ocurre principalmente en los semiconductores, mientras que el efecto Hall cuántico ocurre principalmente en los metales.
El efecto Hall se refiere a la generación de un potencial eléctrico perpendicular tanto a una corriente eléctrica que fluye a lo largo de un material conductor como a un campo magnético externo aplicado en ángulo recto con la corriente tras la aplicación del campo magnético. Este efecto fue observado en 1879 por Edwin Hall. El efecto Hall cuántico se descubrió más tarde, como una derivación del efecto Hall.
¿Qué es el efecto Hall?
El efecto Hall se refiere a la producción de una diferencia de voltaje que es transversal a una corriente eléctrica ya un campo magnético aplicado. Aquí, la diferencia de voltaje surge a través de un conductor eléctrico. La corriente eléctrica está hecha por este conductor eléctrico y el campo magnético que se le aplica es perpendicular a la corriente. Este efecto fue descubierto por Edwin Hall en 1879. También inventó el coeficiente de Hall, que es la relación entre el campo eléctrico inducido y el producto de la densidad de corriente y el campo magnético aplicado. El valor de este coeficiente es una característica del material del que está hecho el conductor. Por tanto, el valor de este coeficiente depende del tipo, número y propiedades de los portadores de carga que constituyen la corriente.
El efecto Hall surge debido a la naturaleza de la corriente en un conductor. Generalmente, una corriente eléctrica contiene el movimiento de muchos pequeños portadores de carga, como electrones, huecos, iones o los tres. Cuando hay un campo magnético, estas cargas tienden a experimentar una fuerza llamada fuerza de Lorentz. Cuando no existe tal campo magnético, las cargas tienden a seguir aproximadamente una línea recta de trayectoria visual entre colisiones con impurezas.
Además, cuando se aplica un campo magnético perpendicularmente, la trayectoria de las cargas entre colisiones tiende a curvarse; por lo tanto, las cargas en movimiento se acumulan en una cara del material, dejando expuestas cargas iguales y opuestas en la otra cara. Este proceso da como resultado una distribución asimétrica de densidad de carga a través del elemento Hall que surge de la fuerza que es perpendicular tanto a la trayectoria de la línea de visión como al campo magnético aplicado. La separación de estas cargas establece un campo eléctrico. Esto se llama efecto Hall.
¿Qué es el efecto Hall cuántico?
El efecto Hall cuántico es un concepto mecánico cuántico que ocurre en un sistema de electrones 2D que está sujeto a una baja temperatura y un fuerte campo magnético. Aquí, la "conductancia de Hall" sufre transiciones de Hall cuánticas para tomar los valores cuantificados en un cierto nivel. La expresión matemática del efecto hall cuántico es la siguiente:
Conductancia Hall=Icanal/VHall=v.e2/h
Ichannel es la corriente del canal, VHall es la tensión Hall, e es la carga elemental, h es la constante de Plank y v es un prefactor llamado factor de relleno que es un valor entero o un valor fraccionario. Por tanto, podemos identificar que el efecto Hall cuántico es el número entero del efecto Hall cuántico fraccionario dependiendo de si “v” es un número entero o una fracción, respectivamente.
El efecto Hall cuántico entero tiene una característica específica, es decir, la persistencia de la cuantización a medida que varía la densidad electrónica. Aquí, la densidad de electrones permanece constante cuando el nivel de Fermi está en una brecha espectral limpia; por tanto, esta situación corresponde a una en la que el nivel de Fermi es una energía con una densidad finita de estados, aunque estos estados están localizados. Cuando se considera el efecto Hall cuántico fraccional, es más complicado porque su existencia depende fundamentalmente de las interacciones electrón-electrón.
¿Cuál es la diferencia entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico?
La diferencia clave entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico es que el efecto Hall ocurre principalmente en los semiconductores, mientras que el efecto Hall cuántico ocurre principalmente en los metales. Otra diferencia importante entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico es que el efecto Hall ocurre donde hay un campo magnético débil y temperaturas medias, mientras que el efecto Hall cuántico requiere campos magnéticos más fuertes y temperaturas mucho más bajas.
La siguiente infografía resume las diferencias entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico.
Resumen: efecto Hall frente a efecto Hall cuántico
El efecto Hall cuántico se deriva del efecto Hall clásico. La diferencia clave entre el efecto Hall y el efecto Hall cuántico es que el efecto Hall ocurre principalmente en los semiconductores, mientras que el efecto Hall cuántico ocurre principalmente en los metales.
