halleffekt

Der HallEffekt bezeichnet die Entstehung einer transverse, also senkrecht zur Stromrichtung angelegten elektrischen Spannung in einem Leiter oder Halbleiter, wenn ein Magnetfeld perpendicular zur Stromrichtung angelegt wird. Der Effekt wurde 1879 von Edwin Hall entdeckt. In einem stromdurchflossenen Probenquerschnitt wird die Lorentzkraft auf die bewegten Ladungsträger ausgeübt, wodurch sich seitlich eine Hall-Spannung bildet, die abhängig von Magnetfeld, Strom und Probengeometrie ist.

Der grundlegende Zusammenhang wird oft über den Hallkoeffizienten R_H beschrieben: E_H = R_H J B, wobei E_H die Hall-Feldkomponente senkrecht zum Strom ist, J die Stromdichte und B das Magnetfeld. Für einfache Materialien mit einem dominanten Trägertyp gilt R_H ≈ 1/(n q), wobei n die Ladungsträgerdichte und q die Ladung des Trägers ist. Das Vorzeichen von V_H liefert Aufschluss über den Trägertyp: Elektronen ergeben ein negatives, Löcher ein positives Vorzeichen. Die gemessene Hall-Spannung V_H hängt zudem von der Geometrie der Probe ab.

Anwendungen finden sich vor allem in der Sensorik und Elektronik. Hall-Sensoren erfassen magnetische Felder, messen Drehzahlen, Positionen oder dienen der berührungslosen Strommessung in Hochstromanwendungen. In der Halbleitertechnik nutzt man den Effekt zur Charakterisierung von Trägerdichte und Mobilität. In der Grundlagenforschung spielen insbesondere Erweiterungen wie der anomale Hall-Effekt in ferromagnetischen Materialien sowie der Quanten-Hall-Effekt in zweidimensionalen Elektronensystemen eine bedeutende Rolle.

Siehe auch: Hall-Effekt, Hall-Sensor, Quanten-Hall-Effekt.