1. 背景基础
由电场力等于洛伦兹力,我们可以得到
因此,纵向电流
我们可以定义霍尔系数
2. 实验测量
在实验上,我们最先得到的是霍尔电压V_H ( 即Vy ),由此可以得到霍尔电阻率测量到的霍尔电压可以通过下式转换为霍尔电阻率其中,, t为样品的厚度对应地,因此,如果我们从实验上测得霍尔电压,便可以得到霍尔电阻率和霍尔系数,进而得到样品的载流子浓度。
从微观角度看,我们可以得到正常霍尔效应下的电阻率公式
3. 数据处理
在实际测量时,粘的霍尔电极不会是严格地沿着霍尔电压方向,总是会有一定的纵向偏移;同样纵向电极也会有一定的横向偏移。因此我们需要通过测量正负磁场来进行对称化和反对称化,以此来得到纯粹的横向电阻率和纵向电阻率,即得到霍尔电阻率和纵向电阻率之后,我们有时候需要得到相应的电导率(因为对于理论学家而言,计算电导率总是相对简单的)。在不加磁场时,电阻率和电导率的关系很简单给样品加上一个垂直磁场之后,电阻率和电导率均变成一个二维张量,即由可得二者分量之间的关系
同理,可以得
通过以上关系,我们可以得到以下的结论:
如果,则我们可以得到不加磁场时的关系
如果,我们看到 .从普通的观点来看,以上的第二点是反直觉的,难以理解的。一个导体怎么可能既是完美的导体又是完美的绝缘体呢?
我们想一下电阻率和电导率的物理意义:根据Drude模型,和 对应于同一个物理图像即,即在样品中没有散射。进一步也就是说电流没有做功。这点很容易达到,我们只需让纵向的电流为零,则,而则表示样品中没有能量的耗散。此时的电子没有纵向的移动,而是在原地打转(局域化轨道)。
Fig. 2 量子霍尔效应示意图
4. 由霍尔效应测得的载流子浓度推得载流子迁移率
材料电导率和载流子迁移率之间的关系为对于单一种类载流子导电(以电子导电为例),
因此材料的载流子迁移率为