Білоруський Державний Університет
Фізичний факультет
Кафедра фізики напівпровідників і наноелектроніки
Реферат на тему:
«Дробний квантовий ефект Холла»
Виконала студентка 5 курсу 2 групи
Шевченко Тетяна Василівна
Мінськ +2014
Зміст
1. Квантовий ефект Холла
1.1 Двовимірний електронний газ і його властивості
1.1.1 Фундаментальні властивості 2DЕГ
1.2 Цілочисельний квантовий ефект Холла
2. Дробний квантовий ефект Холла
2.1 Причини виникнення
. 2 Електрони і кванти потоку
. 3 Композиційні частинки
. 4 Статистика композитних частинок
. 5 Дробний квантовий ефект Холла при?=1/3
2.6 Стан с? =1/2
2.7 Інші ДКЕХ-стану
Висновки
Література
1. Квантовий ефект Холла
Квантовий ефект Холла - одне з небагатьох макроскопічних квантових явищ і разом з тим один з найцікавіших ефектів в сучасній фізиці. Ефект має принципове значення для досліджень в галузі фізики твердого тіла, квантової електродинаміки та метрології.
Квантовий ефект Холла (КЕХ) - найбільш яскраве і дивне відкриття в сучасній фізиці твердого тіла, що зачіпає глибинні основи всієї фізики. Найдивовижніше, що цей ефект відкритий при вивченні давно відомого явища - ефекту Холла з використанням найпростіших приладів: амперметра і вольтметра. Звичайно, не можна забувати, що об'єкт дослідження - двовимірні (2D) електронні системи, реалізовані, наприклад, в кремнієвих структурах метал-окисел-напівпровідник високої якості, з'явилися в результаті багаторічної роботи фізиків і технологів. Але для того щоб зробити експериментальне відкриття, мало спостерігати якийсь ефект, потрібно також розуміти зміст і значення цього спостереження. До відкриття КЕХ ніхто не припускав, що в складних напівпровідникових структурах можна виявити макроскопічний квантовий ефект, що дозволяє вимірювати фундаментальні фізичні постійні з тією ж точністю, що і в прецизійних і вельми складних експериментах фізики елементарних частинок.
Відкриття КЕХ торкнулося широке коло фізиків: експериментаторів, що працюють в галузі фізики напівпровідників і твердотільної електроніки, метрологів, а також теоретиків - фахівців в області теорії твердого тіла і теорії поля. Останнє особливо істотно, оскільки показує, що інтерпретація КЕХ належить до числа найважливіших фундаментальних проблем фізики. За відкриття цього чудового явища Клаусу фон Клітцинг присуджена Нобелівська премія з фізики за 1985 рік.
1.1 Двовимірний електронний газ і його властивості
Двовимірний електронний газ або ДЕГ являє собою електронний газ, в якому частинки можуть рухатися вільно тільки в двох напрямках, а в третьому вони поміщені в енергетичну потенційну яму. Обмежуючий рух електронів потенціал може бути створений електричним полем, наприклад, за допомогою затвора в польовому транзисторі або вбудованим електричним полем в області гетероперехода між різними напівпровідниками. За аналогією з ДЕГ можна говорити і про двовимірному дірковому газі.
Зазвичай 2DЕГ створюють притискаючи зовнішнім електричним полем електрони до діелектрика, як показано на рис. 1. Електрони не можуть відійти від кордону з діелектриком в глиб напівпровідника, так як їх не пускає електричне поле, і не можуть увійти в діелектрик, так як не можуть подолати високий потенційний бар'єр на кордоні з діелектриком. Електричне поле в приповерхневої області напівпровідника створюється спеціальним електродом (так званим затвором), відокремленою від поверхні напівпровідника шаром діелектрика. Якщо напівпровідник - кремній, а діелектрик - окис кремнію, то такий прилад називають кремнієвої МОП-структурою, де МОП - скорочення від Метал-Оксид-Напівпровідник.
рис.1. Схеми енергетичних зон МОП-структури з двовимірним електронним газом: Е C - дно зони провідності і стеля валентної зони, Е F -рівень Фермі в напівпровіднику, а Е FM - в металі затвора, V g - напруга між затвором і напівпровідником
рис.1б. Двовимірний електронний газ формується при додатку напруги на затвор
Так як електричне поле в напівпровіднику обумовлено позитивною напругою на затворі (позитивним...
