大学物理实验报告霍尔效应 第1篇
一、实验名称: 霍尔效应原理及其应用
二、实验目的:
1、了解霍尔效应产生原理;
2、测量霍尔元件的 、曲线，了解霍尔电压 与霍尔元件工作电流 、直螺线管的励磁电流 间的关系;
3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度 及分布;
4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。
三、仪器用具:YX-04型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)
四、实验原理:
1、霍尔效应现象及物理解释
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力 作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图1所示。
半导体样品，若在x方向通以电流 ，在z方向加磁场 ，则在y方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场 ，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力 时电荷不断聚积，电场不断加强，直到 样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压) 。
设 为霍尔电场， 是载流子在电流方向上的平均漂移速度;样品的宽度为 ，厚度为 ，载流子浓度为 ，则有:
(1-1)
因为 ， ，又根据 ，则
(1-2)
其中 称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出 、以及知道 和 ，可按下式计算 :
(1-3)
(1-4)
为霍尔元件灵敏度。根据RH可进一步确定以下参数。
(1)由 的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的 和 的方向(即测量中的+ ，+ )，若测得的 <0(即A′的电位低于A的电位)，则样品属N型，反之为P型。
(2)由 求载流子浓度 ，即 。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入 的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。
(3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。电导率 与载流子浓度 以及迁移率 之间有如下关系:
(1-5)
2、霍尔效应中的副效应及其消除方法
上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使 的测量产生系统误差，如图2所示。
(1)厄廷好森效应引起的电势差 。由于电子实际上并非以同一速度v沿y轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3的侧面，从而导致3侧面较4侧面集中较多能量高的电子，结果3、4侧面出现温差，产生温差电动势 。可以证明 。 的正负与 和 的方向有关。
(2)能斯特效应引起的电势差 。焊点1、2间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在3、4点间形成电势差 。若只考虑接触电阻的差异，则 的方向仅与磁场 的方向有关。
(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差 。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4点间形成温差电动势 。 的正负仅与 的方向有关，而与 的方向无关。
(4)不等电势效应引起的电势差 。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x方向流过，即使没有磁场 ，3、4两点间也会出现电势差 。 的正负只与电流 的方向有关，而与 的方向无关。
综上所述，在确定的磁场 和电流 下，实际测出的电压是霍尔效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。可以通过对称测量方法，即改变 和磁场 的方向加以消除和减小副效应的影响。在规定了电流 和磁场 正、反方向后，可以测量出由下列四组不同方向的 和 组合的电压。即:
， :
， :
， :
， :
然后求 ， ， ， 的代数平均值得:
通过上述测量方法，虽然不能消除所有的副效应，但 较小，引入的误差不大，可以忽略不计，因此霍尔效应电压 可近似为
(1-6)
3、直螺线管中的磁场分布
1、以上分析可知，将通电的霍尔元件放置在磁场中，已知霍尔元件灵敏度 ，测量出 和 ，就可以计算出所处磁场的磁感应强度 。
(1-7)
2、直螺旋管离中点 处的轴向磁感应强度理论公式:
(1-8)
式中， 是磁介质的磁导率， 为螺旋管的匝数， 为通过螺旋管的电流， 为螺旋管的长度， 是螺旋管的内径， 为离螺旋管中点的距离。
X=0时，螺旋管中点的磁感应强度
(1-9)
五、实验内容:
测量霍尔元件的 、关系;
1、将测试仪的“ 调节”和“ 调节”旋钮均置零位(即逆时针旋到底)，极性开关选择置“0”。
2、接通电源，电流表显示“”。有时， 调节电位器或 调节电位器起点不为零，将出现电流表指示末位数不为零，亦属正常。电压表显示“”。
3、测定 关系。取 =900mA，保持不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向处与读数零点对齐)。顺时针转动“ 调节”旋钮， 依次取值为，，…，，将 和 极性开关选择置“+” 和“-”改变 与 的极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表1。
4、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。
5、测定 关系。取 =10 mA ,保持不变;霍尔元件置于螺旋管中点(二维移动尺水平方向处与读数零点对齐)。顺时针转动“ 调节”旋钮， 依次取值为0，100，200，…，900 mA，将 和 极性开关择置“+” 和“-”改变 与 的极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表2。
6、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。
测量长直螺旋管轴向磁感应强度
1、取 =10 mA， =900mA。
2、移动水平调节螺钉，使霍尔元件在直螺线管中的位置 (水平移动游标尺上读出)，先从开始，最后到0cm点。改变 和 极性，记录相应的电压表读数 值，填入数据记录表3，计算出直螺旋管轴向对应位置的磁感应强度 。
3、以 为横坐标， 为纵坐标作 图，并对 曲线作定性讨论。
4、用公式(1-8)计算长直螺旋管中心的磁感应强度的理论值，并与长直螺旋管中心磁感应强度的测量值 比较，用百分误差的形式表示测量结果。式中 ,其余参数详见仪器铭牌所示。
六、注意事项:
1、为了消除副效应的影响，实验中采用对称测量法，即改变 和 的方向。
2、霍尔元件的工作电流引线与霍尔电压引线不能搞错;霍尔元件的工作电流和螺线管的励磁电流要分清，否则会烧坏霍尔元件。
3、实验间隙要断开螺线管的励磁电流 与霍尔元件的工作电流 ，即 和 的极性开关置0位。
4、霍耳元件及二维移动尺容易折断、变形，要注意保护，应注意避免挤压、碰撞等，不要用手触摸霍尔元件。
七、数据记录:KH=，N=3150匝，L=280mm,r=13mm
表1 关系 ( =900mA)
(mV) (mV) (mV) (mV)
表2 关系 ( =)
(mV) (mV) (mV) (mV)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
表3 关系 =， =900mA
(mV) (mV) (mV) (mV) B ×10-3T
0
八、数据处理:(作图用坐标纸)
九、实验结果:
实验表明:霍尔电压 与霍尔元件工作电流 、直螺线管的励磁电流 间成线性的关系。
长直螺旋管轴向磁感应强度:
B=UH/KH*IS=
理论值比较误差为: E=
大学物理实验报告霍尔效应 第2篇
半导体中自旋轨道耦合及自旋霍尔效应
本文主要评述和介绍半导体微结构中自旋轨道耦合的研究和最近的研究进展.我们细致地讨论了半导体微结构中自旋轨道耦合的物理起源和窄带隙半导体量子阱中的自旋霍尔效应.我们发现目前国际上广泛采用的线性Rashba模型在较大的电子平面波矢处失效:即自旋轨道耦合导致的能带自旋劈裂不再随电子波矢的增加而增加,而是开始下降,即出现强烈的非线性行为.这种非线性的行为起源于导带和价带间耦合的减弱.这种非线性行为还会导致电子的D'yakonov-Perel'自旋弛豫速率在较高能量处下降,与线性模型的结果完全相反.在此基础上,我们构造统一描述电子和空穴自旋霍尔效应的.理论框架.我们的方法可以非微扰地计入自旋轨道耦合对本征自旋霍尔效应的影响.我们将此方法应用于强自旋轨道耦合的情形,即窄带隙CdHgTe/CdTe半导体量子阱.我们发现调节外电场或量子阱的阱宽可以作为导致量子相变和本征自旋霍尔效应的开关.我们的工作可能会为区别和实验验证本征自旋霍尔效应提供物理基础.
大学物理实验报告霍尔效应 第3篇
连续变温霍尔效应测量的程控软件设计
反常霍尔效应虽然已被发现一百余年,但对其产生机理现在仍存在不同的.观点.本文介绍了一种可连续控温的霍尔效应测量系统.该系统的电路采用相干双交流电桥;在LabVIEW软件平台下,以LabVIEW和C混合编程完成整个系统的控制,该系统可实现从液氦温度到室温的精确控温、仪器的远程控制和数据的采集处理,用于镍薄膜的霍尔测量,效果良好.
宋小会,张殿琳,SONG Xiao-hui,ZHANG Dian-lin(中国科学院物理研究所,北京,100080)
大学物理实验报告霍尔效应 第4篇
一、实验目的和要求
了解霍尔效应原理：通过本次实验，深入理解霍尔效应的基本原理，即导电材料中的电流与磁场相互作用时产生电动势的现象。
测量霍尔元件参数：测绘霍尔元件的VH-IS和VH-IM曲线，了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制电流IS、励磁电流IM之间的关系。
学习磁场测量：利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布，掌握利用霍尔元件测量磁场的方法。
计算载流子浓度和迁移率：通过实验数据，计算霍尔元件中载流子的浓度和迁移率，进一步理解半导体材料的电学性质。
消除系统误差：学习使用“对称交换测量法”来消除实验中可能产生的负效应系统误差，提高测量精度。
二、实验原理
霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。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，这个电势差被称为霍尔电势差VH。从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子（电子或空穴）在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转，导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
霍尔电压VH与IS、B的乘积成正比，与霍尔元件的厚度d成反比，比例系数RH称为霍尔系数。根据材料的电导率σ=neμ的关系，还可以得到霍尔系数与载流子浓度n和迁移率μ的关系。
三、主要实验仪器
霍尔效应测试仪
电磁铁
二维移动标尺
三个换向闸刀开关
霍尔元件及引线
特斯拉计（用于测量磁感应强度B）
四、实验内容及数据记录
测量霍尔元件灵敏度KH
调节励磁电流IM为，使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度B的大小。
移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。
调节IS从至（数据采集间隔），记录对应的VH值，描绘IS-VH关系曲线，求得斜率K1（K1=VH/IS），从而求得KH。
计算载流子浓度n和迁移率μ
调节IS并测量对应的输入电压降VI，描绘IS-VI关系曲线，求得斜率K2（K2=IS/VI）。
已知KH、霍尔元件长度L、宽度W，根据公式计算载流子迁移率μ。
判断霍尔元件半导体类型
根据电磁铁线包绕向及励磁电流IM的流向，判定气隙中磁感应强度B的方向。
根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪IS、VH输出端引线，判断IS和VH的流向。
结合VH的正负与霍尔片上正负电荷积累的对应关系，判定霍尔元件半导体的.类型（P型或N型）。
测量VH与IM的关系
霍尔元件仍位于气隙中心，调节IS为，调节IM从100mA至1000mA（间隔为100mA），分别测量VH值，并绘出IM-VH曲线。
测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小及分布情况
调节IM在0-1000mA范围内变化，使用特斯拉计测量不同位置处的磁感应强度B，记录并分析B的分布情况。
五、实验数据处理与分析
对IS-VH、IS-VI曲线进行线性拟合，求得斜率K1和K2。
根据K1计算霍尔元件灵敏度KH，进而求得载流子浓度n。
利用K2和已知参数计算载流子迁移率μ。
分析IM-VH曲线的线性关系范围，探讨IM达到一定值后曲线斜率变化的原因。
绘制电磁铁气隙中磁感应强度B的分布图，分析磁场分布特点。
六、质疑与建议
在实验过程中，应注意消除各种可能产生系统误差的因素，如温度变化、电磁干扰等。
实验中应严格控制变量，确保实验结果的准确性和可靠性。
建议进一步探讨不同材料和结构的霍尔元件对实验结果的影响，以丰富实验内容并拓展研究深度。
大学物理实验报告霍尔效应 第5篇
一、实验目的
1. 了解霍尔效应的基本原理。
2. 学会用霍尔效应测量磁场的方法。
3. 掌握霍尔元件的特性和应用。
二、实验原理
霍尔效应是指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，这一现象就是霍尔效应。
其中，(U_{H}) 为霍尔电势差，(K_{H}) 为霍尔元件的灵敏度，(I) 为电流，(B) 为磁场强度，(d) 为霍尔元件的厚度。
三、实验仪器
霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。
四、实验步骤
1. 连接实验仪器，将霍尔元件放入磁场中，确保磁场方向与霍尔元件表面垂直。
2. 调节直流电源，给霍尔元件通以一定的.电流 (I)，记录毫安表的读数。
3. 用特斯拉计测量磁场强度 (B)，并记录。
4. 测量霍尔元件在不同电流和磁场强度下的霍尔电势差 (U_{H})，记录伏特表的读数。
五、实验数据记录与处理
| (I) (mA) | (B) (T) | (U_{H}) (mV) |
| ---- | ---- | ---- |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
根据实验数据，绘制 (U_{H}-IB) 曲线，通过斜率计算霍尔元件的灵敏度 (K_{H})。
六、实验误差分析
1. 测量仪器的精度有限，会导致测量数据存在误差。
2. 实验过程中，磁场的不均匀性也会影响实验结果。
3. 霍尔元件的安装位置不准确，可能导致磁场与霍尔元件表面不完全垂直。
七、实验结论
通过本次实验，我们深入了解了霍尔效应的原理和应用。实验结果表明，霍尔电势差与电流和磁场强度成正比，符合霍尔效应的理论公式。同时，通过对实验数据的处理和分析，我们计算出了霍尔元件的灵敏度，为其在实际应用中的测量和控制提供了重要的参数。
大学物理实验报告霍尔效应 第6篇
一、实验目的和要求
了解霍尔效应原理：通过实验深入理解霍尔效应的基本原理，即导电材料中的电流与磁场相互作用产生电动势的效应。
测量霍尔元件参数：测量霍尔元件的灵敏度（kh）、载流子浓度（n）和迁移率（μ）。
研究霍尔元件特性：测绘霍尔元件的vh-is（霍尔电势差与工作电流）和vh-im（霍尔电势差与励磁电流）曲线，了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制电流is、励磁电流im之间的关系。
测量磁感应强度及磁场分布：学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。
消除系统误差：学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二、实验原理
霍尔效应
霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应。当带电粒子（电子或空穴）在固体材料中受到磁场作用时，会受到洛伦兹力的作用而发生偏转，从而在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累，形成附加的横向电场，即霍尔电场。当霍尔电场力与洛伦兹力达到平衡时，霍尔电压vh达到稳定值。
霍尔电压vh、控制电流is、磁感应强度B和霍尔元件厚度d之间的关系可由下式表示：
vh = kh cdot is cdot B ] 其中，kh为霍尔元件的灵敏度，与元件的材料和厚度有关。
霍尔元件参数计算
1.载流子浓度n： [ n = frac{1}{k_h cdot d cdot e} ] 其中，e为电子电量。
2. 迁移率μ： 迁移率表示单位电场下载流子的平均漂移速度，是反映半导体中载流子导电能力的重要参数。通过测量霍尔电压vh、控制电流is和霍尔元件的几何尺寸，结合电导率的测量，可以计算出迁移率μ。
三、主要实验仪器
霍尔效应测试仪 - 电磁铁 - 二维移动标尺 - 特斯拉计 - 霍尔元件及引线 - 电脑及测试程序
四、实验内容及实验数据记录
测量霍尔元件灵敏度kh
1. 调节励磁电流im：将励磁电流im调节至，使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度B的大小。
2. 放置霍尔元件：移动二维标尺，使霍尔元件处于气隙中心位置。
3. 调节控制电流is：分别调节is为、、...、（数据采集间隔为），记录对应的霍尔电压vh值。
4. 数据处理：描绘is-vh关系曲线，求得斜率k1（k1=vh/is），根据k1和已知参数计算kh。
测量霍尔电压vh与励磁电流im的关系
1. 固定控制电流is：将is调节至。
2. 调节励磁电流im：分别调节im为100mA、200mA、...、1000mA（间隔为100mA），记录对应的霍尔电压vh值。
3. 数据处理：描绘im-vh曲线，验证线性关系的.范围，并分析当im达到一定值后，im-vh直线斜率变化的原因。
测量电磁铁气隙中磁感应强度B的分布
1. 调节励磁电流im：在0-1000mA范围内选择多个im值。
2. 移动霍尔元件：使用二维标尺移动霍尔元件，测量不同位置处的磁感应强度B值。
3. 数据处理：将测量结果用表格和曲线表示，描绘磁场分布（B-X曲线）。
五、实验数据处理与分析
1.灵敏度kh的计算 根据is-vh关系曲线的斜率k1和已知参数，计算霍尔元件的灵敏度kh。
2. 载流子浓度n和迁移率μ的计算 结合电导率的测量，利用公式计算载流子浓度n和迁移率μ。
3. 磁场分布分析 分析电磁铁气隙中磁感应强度B的分布情况，验证磁场分布的均匀性和变化规律。
大学物理实验报告霍尔效应 第7篇
《量子霍尔效应》的阅读题及答案
1980年，德国科学家冯?克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果均获得诺贝尔物理学奖。
量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下的芯片中，电子运动没有特定的轨道，会相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以为电子的运动制定一定的规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在高速路上前进。
然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场。为了一台计算机的量子霍尔效应，相当于需外加10个计算机大的磁铁，不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。
1988年，美国物理学家霍尔丹提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，即“量子反常霍尔效应”。它与已知的量子霍尔效应具有完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应；但它的实现也更加困难，需要精准的材料设计、制备与调控。多年来，人们一直未能找到能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径。自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。
，美国斯坦福大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应，并于指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等国有多个世界一流的研究团队沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应，但一直没有取得突破。
由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队，经过近4年的研究，生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂(Bi，Sb) 2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。
3月14日，该成果发表于美国《科学》杂志。《科学》杂志的评审作出评价：“这篇文章结束了对量子反常霍尔效应多年的探寻，这是一项里程碑式的工作。”诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长_宁教授说，这是“诺贝尔奖级的发现”。
5．关于“量子霍尔效应”与“量子反常霍尔效应”的区别，以下表述小正确的一项是：
A．前者是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一；后者具有与前者完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应。
B．前者应用前景广泛；后者则属于特殊情况下的量子效应，应用前景限于低能耗晶体管和电子学器件方面。
C．前者的产牛需要非常强的磁场，应用时难免器件体积过大、成本过高；后者的产生不需要外磁场，应用时，能使得器件的体积小不至于过大。
D．前者于1980年被发现，后者于20被证实；后者的实现比前者的实现更难能可贵，需要精准的材料设计、制备与调控。
6．下列理解，不符合原文意思的一项是
A．量子霍尔效应可以使电子的运动由无序变成有序，使得电子在各自特定的轨道上运动，在很大程度上．避免电子相互碰撞，避免其能量的无谓损耗。
B．要在试验层面证实量子反常霍尔效应，对科学家而育足十分严峻的挑战，既需要有很特殊的材料体系，也需要有很特殊的物理途径。
C．薛其坤领衔的团队利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂(Bi，Sb) 2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，在这一材料中，就存在着量子反常霍尔效应。
D．曾有科学家提出，磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子反常霍尔效应的最佳体系，但经德、美、日等多国科学家的实践证明，这条思路行不通。
7.根据原文内容，下列推断正确的一项是：
A．常态下的芯片中，电子运动没有特定轨道，会相互碰撞，因而计算机会出现发热、能量损耗、速度变慢等问题。量子霍尔效应的具体应用，才能解决这些问题。 （不是唯一条件）
B．由于量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，所以到目前为止，它并未获得实际应用；也正是因为这个原因，对量子反常霍尔效应的'研究才显得十分必要。 （因果推断不成立）
C．薛其坤领衔的研究团队之所以能率先证实量子反常霍尔效应，是因为他们不仅吸纳了其他科学家的研究成果，掌握了正确的研究途径，而且在方法上有自己的创新。
D．鉴于发现整数量子霍尔效应的德国科学家和发现分数量了霍尔效应的芙国科学家均获得诺贝尔物理学奖，我们可以断言薛其坤院士领衔的团队将获得诺贝尔物理学奖。 （绝对化）
试题答案：
5．答案：（从原文所阐述的科学原理看，“量子反常霍尔效应”与“量子霍尔效应” 的应用前景没有什么区别，都能促进低能耗晶体管和电子学器件的发展，都能解决计算机能量损耗、发热、速度变慢等问题。）
6．答案：（“这条思路行不通”误解文意。据原文意，方忠、戴希、张首晟等人提出的“磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系”的设想，是后来薛其坤团队证实“量子反常霍尔效应”的指路明灯。虽先前德、美、日等国科学家在此思路上未取得突破，但不能据此认为“这条思路行不通”。）
答案：（A“量子霍尔效应的具体应用，才能解决（计算机发热、能量损耗、速度变慢等）这些问题”太绝对，据原文意，“量子反常霍尔效应”的具体应用，也能解决这些问题。B 前句“由于量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，所以……它并未获得实际应用”强加因果，也于文无据；后句说，因为量子霍尔效应未能获得实际应用，所以有必要研究量子反常霍尔效应，这也是强加因果，不合原文意思。从原文看，研究量子反常霍尔效应之所以必要，是因为量子霍尔效应的应用存在着器件体积过大、成本过高的问题。D“……断言薛其坤院士领衔的团队将获得诺贝尔物理学奖”太唐突。“断言”意谓“十分肯定地说”，依原文，薛其坤团队很有可能获得诺贝尔物理学奖，但并没有说十分肯定）
大学物理实验报告霍尔效应 第8篇
一、实验名称: 霍尔效应原理及其应用
二、实验目的:
1、了解霍尔效应产生原理;
2、测量霍尔元件的 、曲线，了解霍尔电压 与霍尔元件工作电流 、直螺线管的励磁电流 间的关系;
3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度 及分布;
4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。
三、仪器用具:YX-04型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)
四、实验原理:
1、霍尔效应现象及物理解释
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力 作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图1所示。
半导体样品，若在x方向通以电流 ，在z方向加磁场 ，则在y方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场 ，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力 时电荷不断聚积，电场不断加强，直到 样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压) 。
设 为霍尔电场， 是载流子在电流方向上的平均漂移速度;样品的宽度为 ，厚度为 ，载流子浓度为 ，则有:
(1-1)
因为 ， ，又根据 ，则
(1-2)
其中 称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出 、以及知道 和 ，可按下式计算 :
(1-3)
(1-4)
为霍尔元件灵敏度。根据RH可进一步确定以下参数。
(1)由 的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1所示的 和 的方向(即测量中的+ ，+ )，若测得的 <0(即A′的电位低于A的电位)，则样品属N型，反之为P型。
(2)由 求载流子浓度 ，即 。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入 的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。
(3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率 。电导率 与载流子浓度 以及迁移率 之间有如下关系:
(1-5)
2、霍尔效应中的副效应及其消除方法
上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使 的测量产生系统误差，如图2所示。
(1)厄廷好森效应引起的电势差 。由于电子实际上并非以同一速度v沿y轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3的侧面，从而导致3侧面较4侧面集中较多能量高的电子，结果3、4侧面出现温差，产生温差电动势 。可以证明 。 的正负与 和 的方向有关。
(2)能斯特效应引起的电势差 。焊点1、2间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在3、4点间形成电势差 。若只考虑接触电阻的'差异，则 的方向仅与磁场 的方向有关。
(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差 。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4点间形成温差电动势 。 的正负仅与 的方向有关，而与 的方向无关。
(4)不等电势效应引起的电势差 。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x方向流过，即使没有磁场 ，3、4两点间也会出现电势差 。 的正负只与电流 的方向有关，而与 的方向无关。
综上所述，在确定的磁场 和电流 下，实际测出的电压是霍尔效应电压与副效应产生的附加电压的代数和。可以通过对称测量方法，即改变 和磁场 的方向加以消除和减小副效应的影响。在规定了电流 和磁场 正、反方向后，可以测量出由下列四组不同方向的 和 组合的电压。即:
， :
， :
， :
， :
然后求 ， ， ， 的代数平均值得:
通过上述测量方法，虽然不能消除所有的副效应，但 较小，引入的误差不大，可以忽略不计，因此霍尔效应电压 可近似为
(1-6)
3、直螺线管中的磁场分布
1、以上分析可知，将通电的霍尔元件放置在磁场中，已知霍尔元件灵敏度 ，测量出 和 ，就可以计算出所处磁场的磁感应强度 。
(1-7)
2、直螺旋管离中点 处的轴向磁感应强度理论公式:
(1-8)
式中， 是磁介质的磁导率， 为螺旋管的匝数， 为通过螺旋管的电流， 为螺旋管的长度， 是螺旋管的内径， 为离螺旋管中点的距离。
X=0时，螺旋管中点的磁感应强度
(1-9)
大学物理实验报告霍尔效应 第9篇
一、实验目的和要求
实验目的
理解霍尔效应的基本原理：通过实验观察并理解当电流通过置于磁场中的导体（霍尔元件）时，其两侧产生的电势差（霍尔电压）与磁场强度、电流强度及导体材料性质之间的关系。
掌握霍尔效应的应用：了解霍尔效应在磁场测量、电流检测、速度测量、位移传感等领域的应用原理。
培养实验操作能力：通过实验操作，提高学生的动手能力、数据记录与分析能力。
实验要求
正确组装实验装置，确保实验安全。
准确测量并记录实验数据，包括电流、磁场强度及霍尔电压。
分析实验数据，验证霍尔效应公式，并讨论可能的误差来源。
撰写实验报告，清晰阐述实验原理、过程、结果及结论。
二、实验原理
霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体（霍尔元件，通常为半导体材料）时，在导体的两侧会产生电势差（霍尔电压）的现象。这一效应是由磁场对运动电荷的洛伦兹力作用导致的。霍尔电压VH的`大小与磁场强度B、电流强度I以及霍尔元件的厚度d和载流子迁移率等物理量有关，可表示为：
V_H = frac{R_H I B}{d} ] 其中，(R_H)为霍尔系数，是材料本身的性质。
三、实验仪器
1.霍尔效应实验仪：包括霍尔元件、电流源、磁场发生器、电压表等。
2. 直流电源：用于提供稳定的电流。
3. 磁场发生器：产生可调节的均匀磁场。
4. 数字电压表：精确测量霍尔电压。
5. 万用表：辅助测量电流等参数。
6. 导线与接线柱：用于连接各实验部件。
四、实验内容及实验数据记录
实验内容
1. 装置搭建：将霍尔元件置于磁场发生器中心，通过导线连接至电流源和数字电压表。
2. 预调节：调节磁场发生器和电流源至初始值（如磁场为零，电流较小）。
3. 数据记录：
固定电流强度，逐步增加磁场强度，记录对应的霍尔电压。
固定磁场强度，逐步改变电流强度，记录对应的霍尔电压。
五、实验数据处理与分析
数据处理
1. 绘制关系图：分别绘制霍尔电压(V_H)随磁场强度(B)变化的曲线（固定电流）和霍尔电压(V_H)随电流强度(I)变化的曲线（固定磁场）。
2. 计算霍尔系数：选取一组数据，利用霍尔效应公式计算霍尔系数(R_H)，并与理论值或仪器说明中的值进行比较。
数据分析
1. 验证霍尔效应公式：观察实验数据是否符合霍尔效应公式预测的趋势，即霍尔电压与磁场强度和电流强度的乘积成正比。
2. 误差分析：分析实验中的误差来源，可能包括磁场不均匀性、电流源稳定性、测量仪器的精度限制、接线电阻等。
3. 应用讨论：结合实验数据，讨论霍尔效应在实际应用中的优势和局限性，以及如何通过改进实验条件来减小误差。
通过本次实验，我们成功观察到了霍尔效应，验证了霍尔电压与磁场强度和电流强度的关系，并计算了霍尔系数。实验数据基本符合霍尔效应的理论预测，但仍存在一定误差，需进一步优化实验条件以提高测量精度。本次实验加深了对霍尔效应原理及其应用的理解，为后续的学习和研究打下了基础。
大学物理实验报告霍尔效应 第10篇
【实验目的】
1．在掌握液晶光开关的基本工作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。
2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。
3．测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件。
4．了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器件的工作原理。
【实验仪器】
大学物理实验报告霍尔效应 第11篇
金属颗粒膜自旋极化相关的霍尔效应研究
采用磁控溅射法分别在玻璃和单晶硅衬底上同时制备了金属颗粒膜样品,并对样品的霍尔效应和霍尔系数RH随外加磁场H的变化关系进行了实验研究.观察到霍尔电压UH与外加磁场H的'关系曲线呈现出自旋极化相关的反常现象,并与其磁电阻效应具有对应关系.基于自旋相关的散射理论对此作出了合理的解释.
焦正宽(浙江台州学院物理系,临海,317000;浙江大学物理系,杭州,310027)
大学物理实验报告霍尔效应 第12篇
【实验原理】
1．液晶光开关的工作原理
液晶的种类很多，仅以常用的TN（扭曲向列）型液晶为例，说明其工作原理。 TN型光开关的结构：在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1埃＝10-10米），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下，来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。
液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。目前用于显示器件的都是热致液晶，它的特性随温度的改变而有一定变化。
2．液晶光开关的电光特性
对于常白模式的液晶，其透射率随外加电压的升高而逐渐降低，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。可以根据此电光特性曲线图得出液晶的阈值电压和关断电压。
3．液晶光开关的时间响应特性
加上（或去掉）驱动电压能使液晶的开关状态发生改变，是因为液晶的分子排序发生了改变，这种重新排序需要一定时间，反映在时间响应曲线上，用上升时间τr和下降时间τd描述。给液晶开关加上一个周期性变化的电压，就可以得到液晶的时间响应曲线，上升时间和下降时间。
上升时间：透过率由10%升到90%所需时间；下降时间：透过率由90%降到10%所需时间。液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果越好，这是液晶显示器的重要指标。早期的液晶显示器在这方面逊色于其它显示器，现在通过结构方面的技术改进，已达到很好的效果。
4.液晶光开关的视角特性
液晶光开关的视角特性表示对比度与视角的关系。对比度定义为光开关打开和关断时透射光强度之比，对比度大于5时，可以获得满意的图像，对比度小于2，图像就模糊不清了。
5.液晶光开关构成图像显示矩阵的方法
除了液晶显示器以外，其他显示器靠自身发光来实现信息显示功能。这些显示器主要有以下一些：阴极射线管显示（CRT），等离子体显示(PDP)，电致发光显示(ELD)，发光二极管（LED）显示，有机发光二极管（OLED）显示，真空荧光管显示（VFD），场发射显示（FED）。这些显示器因为要发光，所以要消耗大量的能量。
液晶显示器通过对外界光线的开关控制来完成信息显示任务，为非主动发光型显示，其最大的优点在于能耗极低。正因为如此，液晶显示器在便携式装置的显示方面，例如电子表、万用表、手机、传呼机等具有不可代替地位。下面我们来看看如何利用液晶光开关来实现图形和图像显示任务。