【霍尔传感器的应用】小小传感器竟然妙用无穷
导语：在生活中，特别是一些需要进行高精度测量与计算的场合，我们的耳边常常会听到别人谈论起“侍春霍尔感应器件”这一普通人少有人了解的事物。那么什么是霍尔传感器呢？霍尔传感器究竟有什么用途呢？
霍尔感应器件的产生来源于美国科学家霍尔对于金属导电性能的研究。通过霍尔的研究，发现导体与半导体、导电流体能够产生磁电效应。并且通过后来者们的研究发现，半导体能够产生的磁电效应要比导体强得多，于是人们开始利用霍尔现象制作各种霍尔元件，用来测量、信息处理等方面。霍尔传感器便是利用霍尔现象研究开发的一类新产品，接下来，和大家谈一谈霍尔传感器在各个方面的应用。
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应用于各种数据的测量
霍尔传感器应用于数据的测量，是其应用最广泛地领域。霍尔传感器可以用作测量各种物理量，如测量线速度、加速度、转速、风速、流速以及物体位移量。在测量物体的这些物理参数的时候，我们可以将半导体材料加在待测物体的表面，然后，利用霍尔传感器能够捕捉到半导体材料的磁场来对物体进行实时测量，这样，我们就能通过霍尔传感器得到关于物体运动速度的参数了。
另外，霍尔传感器还应用于电路中对电流的测控。众所周知，电路通电就会产生磁场，而应用霍尔传感器就能准确的捕捉到电路中磁场的变化，从而对电路中的电流变化进行实时测控。所以，现在许多的电表中，都含有霍尔元件。
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应用于自动化控制
生活中，利用霍尔效应以及霍尔传感器对物体进行自动化处理的应用非常多。这里举两个最常见的例子。
我们在进入一些高档场所，如星级酒店的时候，会进入那些自动门。这些门在人体靠近的时候，便会自动打开，这在一定程度上就是利用了霍尔效应以及霍尔传感器。人体是一个半导体，具有霍尔效应，设计人员在感老念耐应门中设置霍尔传感器，霍尔传感器就会在人体接近的时候，瞬间捕捉到磁场效应，为人们打开“方便之门”。
另一个应用就是霍尔传感器应用于一些自动警报装置，在发生紧急情况的时候，如火灾等，霍尔传感器就能检测到磁场的变化，发出警报，警示人们已经发生情高乎况。
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应用于医疗设备
霍尔传感器还被广泛地应用于医疗设备。利用霍尔效应，能够准确的检测到人体内部各器脏的健康状况，提高医疗设备的精确度。
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霍尔效应的研究前景
整数量子霍尔效应的机制已经基本清楚，而仍有一些科学家，如冯·克利青和纽约州立大学石溪分校的V·J·Goldman，还在做一些分数来自量子效应的研究。一些理论学家指出分数量子霍尔效应中的某些平台可以构成非阿贝矿尔态（Non-Abelian States），这可以成为搭建拓扑量子计算机的基础。
石墨烯360问答中的量子霍尔效应与一般的量子霍尔行为大不相同，称为异常量子霍尔效应(An群诗财之omalous Quant担放汽开玉官um Hall Effect)。
此外，Hirsh、张守晟等提出自旋量子霍尔效应垂束振终路雷兵频直作成的概念,与之相关的实验正在吸引越来越多的关注。
中国科学家发现量子反常霍尔效应
《科学》杂志在线发文，宣布中国科学家领衔的团队首次在实验物站五占上发现量子反常霍尔效应。这一发现或将对信息技术进步产生重大影响。
这一发现由清华大学教授、中国础提科学院院士薛其坤领衔，清华大学、中国科学院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队失几玉几独历时4年完成。在美国物理学家霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后，终于实现了反常霍尔效应的包真个画变在量子化，这一发现是相关领域的重那白针院大突破，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。
美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。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误在肥象分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔乙艺耐没输物煤垂树但物理学奖。
由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关，成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物直药建和极技控作鱼丰婷理效应从理论研究到实验观测的全受区过程，都是由我国科学家独立完成。
量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。它是一种典型的宏观量子效应，是资微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美体现。1980年，德国科学家冯·克利下圆青(Klaus von Klitzing)发现了“整数量子霍尔效应”，于1985年获得诺贝尔物理学奖。198法南优尔2年，美籍华裔物理学家崔琦查书官本罪审都云聚局(Daniel CheeTsui)、美国物理学家施特默(Horst L. Stormer)等发现“分数量子霍尔效应”，不久由美国物理学家劳弗林(Rober B. Laughlin)给出理论解释，三人共同获得1998年诺贝尔物理学奖。在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效应”——不需要外加磁场的量子霍尔效应。
“量子反常霍尔效应”是多年来该领域的一个非常困难的重大挑战，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;同时它的实现也更加困难，需要精准的材料设计、制备与调控。1988年，美国物理学家霍尔丹(F. Duncan M. Haldane)提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，但是多年来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。2010年，中科院物理所方忠、戴希带领的团队与张首晟教授等合作，从理论与材料设计上取得了突破，他们提出Cr或Fe磁性离子掺杂的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族拓扑绝缘体中存在着特殊的V.Vleck铁磁交换机制，能形成稳定的铁磁绝缘体，是实现量子反常霍尔效应的最佳体系[Science，329, 61(2010)]。他们的计算表明，这种磁性拓扑绝缘体多层膜在一定的厚度和磁交换强度下，即处在“量子反常霍尔效应”态。该理论与材料设计的突破引起了国际上的广泛兴趣，许多世界顶级实验室都争相投入到这场竞争中来，沿着这个思路寻找量子反常霍尔效应。
在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中实现“量子反常霍尔效应”，对材料生长和输运测量都提出了极高的要求：材料必须具有铁磁长程有序;铁磁交换作用必须足够强以引起能带反转，从而导致拓扑非平庸的带结构;同时体内的载流子浓度必须尽可能地低。中科院物理所何珂、吕力、马旭村、王立莉、方忠、戴希等组成的团队和清华大学物理系薛其坤、张首晟、王亚愚、陈曦、贾金锋等组成的团队合作攻关，在这场国际竞争中显示了雄厚的实力。他们克服了薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，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地观测到了“量子反常霍尔效应”。该结果于2013年3月14日在Science上在线发表，清华大学和中科院物理所为共同第一作者单位。
该成果的获得是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。前期，团队成员已在拓扑绝缘体研究中取得过一系列的进展，研究成果曾入选2010年中国科学十大进展和中国高校十大科技进展，团队成员还获得了2011年“求是杰出科学家奖”、“求是杰出科技成就集体奖”和“中国科学院杰出科技成就奖”，以及2012年“全球华人物理学会亚洲成就奖”、“陈嘉庚科学奖”等荣誉。该工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会和教育部等部门的资助。
量子反常霍尔效应 将为我们带来什么
与量子霍尔效应相关的发现之所以屡获学术大奖，是因为霍尔效应在应用技术中特别重要。人类日常生活中常用的很多电子器件都来自霍尔效应，仅汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器等。
此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上——因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。
如今中国科学家在实验上实现了零磁场中的量子霍尔效应，就有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和摩尔定律的瓶颈问题。这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用：无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片，进而可能促成高容错的全拓扑量子计算机的诞生——这意味着个人电脑未来可能得以更新换代。
高中物理 霍尔效应
看载流子，因为洛伦兹力的实质就是电荷运动的受力情况。
如果看电流的话会发现电子和质子是相反的
