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霍尔效应实验报告

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霍尔效应实验报告（合集11篇）由网友“mello1209”投稿提供，下面小编为大家整理后的霍尔效应实验报告，希望大家喜欢!

霍尔效应实验报告

篇1：霍尔效应实验报告

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“0.000”。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“0.0000”。

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14.00cm处与读数零点对齐)。顺时针转动“ 调节”旋钮，依次取值为1.00，2.00，…，10.00mA，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14.00cm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14.00cm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=23.09，N=3150匝，L=280mm,r=13mm

表1 关系 ( =900mA)

(mV) (mV) (mV) (mV)

1.00 0.28 -0.27 0.31 -0.30 0.29

2.00 0.59 -0.58 0.63 -0.64 0.61

3.00 0.89 -0.87 0.95 -0.96 0.90

4.00 1.20 -1.16 1.27 -1.29 1.23

5.00 1.49 -1.46 1.59 -1.61 1.54

6.00 1.80 -1.77 1.90 -1.93 1.85

7.00 2.11 -2.07 2.22 -2.25 2.17

8.00 2.41 -2.38 2.65 -2.54 2.47

9.00 2.68 -2.69 2.84 -2.87 2.77

10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09

表2 关系 ( =10.00mA)

(mV) (mV) (mV) (mV)

0 -0.10 0.08 0.14 -0.16 0.12

100 0.18 -0.20 0.46 -0.47 0.33

200 0.52 -0.54 0.80 -0.79 0.66

300 0.85 -0.88 1.14 -1.15 1.00

400 1.20 -1.22 1.48 -1.49 1.35

500 1.54 -1.56 1.82 -1.83 1.69

600 1.88 -1.89 2.17 -2.16 2.02

700 2.23 -2.24 2.50 -2.51 2.37

800 2.56 -2.58 2.84 -2.85 2.71

900 2.90 -2.92 3.18 -3.20 3.05

表3 关系 =10.00mA， =900mA

(mV) (mV) (mV) (mV) B ×10-3T

0 0.54 -0.56- 0.73 -0.74 2.88

0.5 0.95 -0.99 1.17 -1.18 4.64

1.0 1.55 -1.58 1.80 -1.75 7.23

2.0 2.33 2.37- 2.88 -2.52 10.57

4.0 2.74 -2.79 2.96 -2.94 12.30

6.0 2.88 -2.92 3.09 -3.08 12.90

8.0 2.91 -2.95 3.13 -3.11 13.10

10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10

12.0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20

14.0 2.96 -2.99 3.16 -3.17 13.3

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=1.33x10-2T

理论值比较误差为: E=5.3%

篇2：霍尔效应实验报告

实验内容:

1. 保持不变，使Im从0.50到4.50变化测量VH.

可以通过改变IS和磁场B的方向消除负效应。在规定电流和磁场正反方向后，分别测量下列四组不同方向的IS和B组合的VH,即

+B， +I

VH=V1

—B， +

VH=-V2

—B， —I

VH=V3

+B， -I

VH=-V4

VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/4

0.50

1.60

1.00

3.20

1.50

4.79

2.00

6.90

2.50

7.98

3.00

9.55

3.50

11.17

4.00

12.73

4.50

14.34

画出线形拟合直线图：

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 0.11556 0.13364

B 3.16533 0.0475

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------

0.99921 0.18395 9 <0.0001

2.保持IS=4.5mA ,测量Im—Vh关系

VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/4

0.050

1.60

0.100

3.20

0.150

4.79

0.200

6.90

0.250

7.98

0.300

9.55

0.350

11.06

0.400

12.69

0.450

14.31

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 0.13389 0.13855

B 31.5 0.49241

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------

0.99915 0.19071 9 <0.0001

基本满足线性要求。

2. 判断类型

经观察电流由A’向A流,B穿过向时电势上低下高所以载流子是正电荷空穴导电。

4.计算RH，n，σ，μ

线圈参数=5200GS/A;d=0.50mm;b=4.0mm;L=3.0mm

取Im=0.450A;由线性拟合所得直线的斜率为3.165(Ω)。

;

B=Im*5200GS/A=2340T;有 Ω。

若取d的单位为cm;

磁场单位GS;电位差单位V;电流单位A;电量单位C;代入数值,得RH =6762cm3/C。

n=1/RHe=9.24E14/cm-3。

=0.0473(S/m);

=3.198(cm2/Vs)。

思考题：

1、若磁场不恰好与霍尔元件片底法线一致，对测量结果有何影响，如果用实验方法判断B与元件发现是否一致?

答：若磁场方向与法线不一致，载流子不但在上下方向受力，前后也受力(为洛仑兹力的两个分量);而我们把洛仑兹力上下方向的分量当作合的洛仑兹力来算，导致测得的Vh比真实值小。从而，RH偏小，n偏大;σ偏大;μ不受影响。

可测量前后两个面的电势差。若不为零，则磁场方向与法线不一致。

2、能否用霍尔元件片测量交变磁场?

答：不能，电荷交替在上下面积累，不会形成固定的电势差，所以不可能测量交变的磁场。

篇3：霍尔效应实验报告

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

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。

(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。

(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。

， :

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)

篇4：实验四霍尔效应

一.实验目的

1. 认识霍尔效应，理解产生霍尔效应的机理。

2. 测绘霍尔元件的VH?IS、VH?IM曲线，了解霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流IS、磁

感应强度B及励磁电流IM之间的关系。

3. 学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统。

二.实验原理

1．霍尔效应法测量磁场原理

一块长方形金属薄片或者半导体薄片，若在某方向上通入电流IS,在其垂直方向上加一磁场B，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电位差VH，这个现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。它们之间有如下关系：VH?RH

ISBd

上式中，RH称为霍尔系数，d是薄片的厚度。霍尔电压的产生可以用洛仑兹力来解释。如图4-1所示，半导体块的厚度为d、宽度为b，各种物理量的方向如图上所示，则自由电子以平均速度v沿x轴负方向作定向运动，所受洛仑兹力为 FB?ev?B

在此力的作用下自由电子向板的侧端面聚集，同时在另一个侧端面上出现同样的正电荷。这样就形成了一个沿y方向的横向电场，使自由电子同时也受到电场力FE的作用，即：

FE?eE?eVH/b

最后在平衡状态下，有：FB=FE，即 evB=eVH/b，化简得到：VH=vBb （1）设块体内的载流子浓度n，则电流IS与载流子平均速v的关系为：v?

ISdbne

（2）

将上式代入（1）得：VH?

ISBned

或者VH?K

ISB （3）

其中，KH为霍尔元件的灵敏度。单位是V/(A・T)。 2、霍尔电压的VH测量方法(实验中的副效应)

在产生霍尔效应的同时，也伴随着各种副效应，所以实验测量的VH不是真实的霍尔电压值。因为测量霍尔电压的电极A和A?的位置难以做到在一个理想的等势面上，如图4-2所示：

图4-2 副效应

因此，当有电流流过样品时，即使不加磁场也会产生附加电压VO?ISR,其中R为A和A?的两个等势面之间的电阻，VO的符号只与电流的方向有关，与磁场的方向无关。可以通过改变IS和B的方向消除VO。除副效应VO外，还有热效应、热磁效应等，不过这些效应除个别外，均可以通过改变IS和B的方向消除。

对霍尔电压VH的处理。在规定了电流和磁场的正反方向后，分别测量由以下四组不同反方向的IS和B的组合的VH，即：

则： VH?

V1?V2?V3?V4

（4）

这种测量VH的方法称为“对称测量法”，求得的VH，虽然还存在个别无法消除的副效应，

但其引入的误差很小，可以忽略不计（详见附录分析）。

二.实验仪器使用说明

1. 仪器的组成

图4-3 仪器主机示意

本仪器由励磁恒流元IM、样品工作恒流元IS、数字电流表、数字电压表、霍尔效应实验装置等组成。仪器主机面板分布如图一所示。

主机面板分布说明：（1） IM恒流源

在面板的右侧，红黑接线柱分别表示该电源的输入和输出。右侧的数字表显示IM的电流值。单位：安培（2） IS恒流源

在面板的中侧，红黑接线柱分别表示该电源的输入和输出。中间的数字表显示IS的电流值。单位：毫安（3） VH输入

在面板的左侧，红黑接线柱分别为该VH测量输入端的正负极性。左侧的数字表显示VH的电压值。单位：毫伏

（4） “200mV”和“20mV”转换开关，此开关为量程转换开关。 2. 实验平台

（1）主机上的“VH输入”、“”和“”分别对应实验平台上的“霍尔电压”、“工作电压”和“励磁电流”。

注意：千万不要将IM和IS接错，否则IM电流将可能烧坏霍尔样品。

（2）仪器开机之前，先将“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针旋到底，使IS输出和IM输出均为最小。

霍尔元件

（3）仪器接通电源后，预热五分钟。将电压测量量程转换开关拨置“20mA”档，然后将电压测量输入短路，调整调零电位器使电压指示为零。

（4）“IS调节”“ IM调节”两旋钮分别用来控制样品的工作电流和励磁电流的大小，其电流值随旋钮顺时针方向的转动而增加，调节精度分别为“10μA”和“1mA”。

（5）仪器关机之前，先将“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针旋到底，然后切断电源。

图4-4 测试平台

三.实验内容

1. 霍尔效应的输出特性测量

（1）按图示连接好仪器。

（2）调节霍尔效应元件探杆支架的X、Y方向的旋钮，慢慢的将霍尔效应元件移到励

磁线圈的中心位置。

（3）测绘VH-IS曲线

取IM=0.800A，并在测量过程中保持不变。依次按照表4-1所列数据调节IS，测出相应的V1、V2、V3、V4值，记入表4-1并绘制VH-IS曲线。根据（3）式它们应该成正比。

表4-1 IM=0.800A

(4) 测绘VH-IM曲线

取IS＝8.00mA，并在测试过程中保持不变。依次按照表4-2所列数据调节IM，测出相应的V1、V2、V3、V4值，记入表4-2并绘制VH-IM曲线。根据（3）式它们应该成正比。表4-2 IS=8.00mA

2. 测绘励磁线圈轴线上磁感应强度的分布

取IM=0.800A，IS=8.00mA，并在测试过程中保持不变。以相距励磁线圈两端口等远的中心位置为坐标原点建立坐标（如下图所示），调节“Y方向调节螺丝”旋钮，改变霍尔元件的.位置y，对称的选取10个点，按对称法测出各相应位置的V1、V2、V3、V4，并计算VH及B的值。

绘制B-y曲线。

图4-5 励磁线圈上建立坐标

表4-3：励磁线圈y方向的磁感应强度

四.思考题

1．对称测量法能否完全消除副效应影响？你能想出更好的实验方法吗？ 2．霍尔元件通以交变电流时如何测量所产生的霍尔电压？ 3．如何根据霍尔电压的正负来判别半导体材料的导电类型？

附：霍尔效应的副效应及其消除（参照图4-2）

（1）电极位置不对称产生的电压降U0：在制备霍尔样品时，y方向的测量电极很难做到处于理想的等位面上，即使在未加磁场时，在AA?两电极间也存在一个由于不等位电势引起的欧姆压降U0，U0方向只与IS方向有关。

（2）爱廷豪森（Ettinghausen）效应：处于磁场中的霍尔元件通以电流时，由于载流子迁移速度的不同，它们在磁场中受到的洛仑兹力也不相同，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆轨道运动；速度小的则绕小圆轨道运动。这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较高的能量而形成温度梯度，从而形成温差电压UE。这就是爱廷豪森效应。UE的大小与I、B的乘积

成正比，随I、B的换向而改变正负极性。

（3）能斯托（Nernst）效应：霍尔元件电流引线端焊接点的接触电阻往往是不同的。当有电流通过时，两焊点之间产生温差，形成热扩散电流，于是在磁场的作用下，产生附加电压UN ，UN的正负取决于磁场B的方向。

（4）里纪-勒杜克（Righi-Ledue）效应：上述热扩散电流载流子的迁移速率是不相同的，在磁场的作用下产生类同于爱廷豪森效应的附加温差电动势URL ，这一效应称里纪-勒杜克效应，URL的方向只与B的方向有关。

上述4种副效应产生的附加电压叠加在霍尔电压上，形成测量中的系统误差来源，测量时应设法减小或消除。由于副效应引起的附加电压的正负与电流和磁场的方向有关，因此测量时通过改变电流和磁场的方向基本上可以消除这些附加误差的影响。具体可按下面4种组合方式测量霍尔元件上下两端的电压：

?B,?I?B,?I?B,?I?B,?I

U1?UH?UE?UN?URL?U0U2??UH?UE?UN?URL?U0U3?UH?UE?UN?URL?U0U4??UH?UE?UN?URL?U0

由上述4组测量结果可得：UH?（U1?U2?U3?U4）/4?UE

UE比UH小得多，可略去不计，于是霍尔电压为：UH?（U1?U2?U3?U4）/4

篇5：半导体中自旋轨道耦合及自旋霍尔效应

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.

作者：常凯杨文 CHANG Kai YANG Wen 作者单位：中国科学院半导体所超晶格与微结构国家重点实验室,北京,100083 刊名：物理学进展 ISTIC PKU英文刊名：PROGRESS IN PHYSICS 年，卷(期)： 28(3) 分类号：O472+.4 O471.5 关键词：半导体自旋轨道耦合自旋弛豫自旋霍尔效应

篇6：液晶电光效应实验报告

【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】

篇7：液晶电光效应实验报告

【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。

篇8：液晶电光效应实验报告

【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。

【实验仪器】

液晶电光效应实验仪一台，液晶片一块

【实验原理】

1．液晶光开关的工作原理

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。

2．液晶光开关的电光特性

3．液晶光开关的时间响应特性

4.液晶光开关的视角特性

5.液晶光开关构成图像显示矩阵的方法

篇9：《量子霍尔效应》的阅读题及答案

《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杨振宁教授说，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：5.B（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：6.D（“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：7.C（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）

篇10：连续变温霍尔效应测量的程控软件设计

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.

作者：樊英民宋小会张殿琳 FAN Ying-min SONG Xiao-hui ZHANG Dian-lin 作者单位：樊英民,FAN Ying-min(西北大学现代物理研究所,西安,710069)

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)

刊名：低温物理学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS 年，卷(期)： 30(3) 分类号：O51 关键词：反常霍尔效应 PID控温 LabVIEW

篇11：Fe15.16Ag84.84金属颗粒膜自旋极化相关的霍尔效应研究

Fe15.16Ag84.84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Fe15.16Ag84.84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.

作者：陈卫平冯尚申焦正宽作者单位：陈卫平,冯尚申(浙江台州学院物理系,临海,317000)

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)

刊名：物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA 年，卷(期)：2003 52(12) 分类号：O4 关键词：颗粒膜霍尔效应特征磁场Hc 自旋相关散射