Hall Olayı ve Kullanım Alanları

Hall olayı çok uzun süre önce bulunmasına rağmen hala metallerin ve yarı iletkenlerin özelliklerinin anlaşılmasında kullanılmaktadır. Tarih 1879'u gösterirken Amerikalı fizikçi Edwin Hall akım taşıyan bir iletkeni manyetik alanın içerisine yerleştirdiğinde akıma ve manyetik alana dik yönde gerilim farkı ürettiğini keşfetmiştir ve bunu Hall voltajı olarak tanımlamıştır. Hall olayı ve kullanım alanlarını sizler için hazırladık. Ayrıntılar yazımızda...

A- A+

28.05.2015 tarihli yazı 46400 kez okunmuştur.

Manyetik Alan Gerilim Elektrik Akımı Akım Lorentz Hall Etkisi Kuantum GPS

Hall etkisi ünlü fizikçi Edwin Hall ile bilinmektedir. 1879 yılında ünlü fizikçi hall etkisini, bir manyetik alanın varlığında elektrik akımını taşıyan yarı iletkenler sayesinde ortaya çıkan fiziksel etki olarak tanımlamıştır. İletken boyunca Hall gerilimi oluşması için gerilimin doğrultusu, iletkenden geçen akımın ve manyetik alanın yönüne dik olması gereklidir. Basit bir Hall levhası uzunluğu l, genişliği w kalınlığı t olarak ince bir metal karedir.

►İlginizi Çekebilir: Elektromanyetik Alan Gerçeği

Genellikle elektronları yük taşıyan parçacıklar olarak bilmekteyiz. Hall etkisini bir başka deyişle tanımlamak gerekirse akımı oluşturan, yük taşıyan parçacıkların hareketi(genellikle elektronlar) olarak tanımlanabilir. Yüklerin hareket ettikleri yönlerine paralel olmama koşulu ile bir manyetik alan içerisinde hareket eden yükler üzerine Lorentz Kuvveti etki etmektedir. (Lorentz kuvveti elektromıknatıssal alanlar tarafından hareketli olan bir yüke etkiyen kuvvet olarak tanımlanabilir.) Eğer bu etki olmaz ise yükler düz bir doğru boyunca yol alırlar.

Fakat yüklerin hareket doğrultusuna dik bir manyetik alan uygulanırsa izledikleri yollar değişip eğri bir hal alacaktır ve hareket eden yükler belli bir yüzeyde toplanacaktır. Böylece geriye boş bir yüzey kalmakla beraber elektronların olmama sebebiyle eşit ve zıt yüklü olacaktır. Böylece Hall elementi boyunca yüklerin yoğunluğu asimetrik olarak dağılmış olacaktır. Bu durumda Hall elementinin içerisinde elektrik alan oluşup bu alan sayesinde elektronların yer değiştirmesi engellenmiş olacaktır. Tüm durumlara bağlı olarak Hall malzemesi üzerinden akım geçtikçe potansiyel fark oluşacaktır.

Lorentz kuvvetinin matematiksel olarak ifadesi F=q(E+v*B)

Hall etkisini kullanırken asıl 2 hedef vardır. Bunlardan ilki yarı iletkenlerin türlerinin belirlemek diğeri ise taşıyıcı yoğunluğunun ölçümüdür. Hall etkisinin bir diğer önemli özellikleri zıt yönde hareket eden pozitif ve negatif yükleri birbirinden ayırmaktadır.

Hall Katsayısı;

J taşıyıcı elektronların akım yoğunluğudur. Bu eşitlik SI birimlerinde şöyle ifade edilmektedir;

Kuantum Hall Olayı

,

►İlginizi Çekebilir: 3 Fazlı Sistemler

Yukarıdaki kısımlarda yük taşıyıcılarından bahsetmiştik. (Zorunlu olmasa da genellikle elektronların yük taşıyıcı olduğunu biliyoruz). 1980 senesinde Alman fizikçi K.Von Klitzing yük taşıyıcıların kuantum özelliklerini gösterebileceği bir düzenek hazırlamıştır.(Yukarıda ki resme bakınız). 2 boyutlu sistem olarak görülen ince bir plakada fonon etkilerinin kaybolduğunu ve minumum sıcaklıklarda yükse manyetik alan siddeti altında Hall direncinin kesikli değerlere sahip olduğunu göstermiştir. Klitzing Integer Quantum Hall Effect isimli çalışması sayesinde 1985 yılında Nobel Fizik Ödülünü almıştır. 1985 yılından beri Max Planc Institute for Solid State Research de yöneticilik yapmaktadır.

Hall Etkisinin Kullanım Alanları

Genellikle endüstride kullanılan Hall effect sensörleri vardır. Bu sensörler cismin pozisyonunu, uzaklığını veya dönüşünün algılayabilen sensörlerdir. Hall etkisi sensörleri manyetik etkiyle anahtarlama yapabilen ve manyetik alan ölçümlerinde kullanılan katı halli manyetik elemanlardan biridir. Sensörlere örnek vermek gerekirse sıvı akış sensörleri, akım sensörleri ve basınç sensörleri verilebilir. Bu teknoloji paintball silahlarında ve airsoft silahlarında ve bazı GPS sistemlerinde kullanılmaktadır.