SU1515115A1 - Method of determining hall quantum resistance - Google Patents
Method of determining hall quantum resistance Download PDFInfo
- Publication number
- SU1515115A1 SU1515115A1 SU874334159A SU4334159A SU1515115A1 SU 1515115 A1 SU1515115 A1 SU 1515115A1 SU 874334159 A SU874334159 A SU 874334159A SU 4334159 A SU4334159 A SU 4334159A SU 1515115 A1 SU1515115 A1 SU 1515115A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- hall
- current
- quantum
- value
- electrodes
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано в метрологии дл воспроизведени значени квантового сопротивлени Холла, а также в экспериментальной физике. Целью изобретени вл етс повышение точности способа определени квантового сопротивлени Холла. По данному способу через канал 1 преобразовател Холла с двумерным электронным газом между токовыми электродами 2 пропускают транспортный ток зар женных частиц - носителей. Преобразователь Холла помещают в перпендикул рное магнитное поле. Между холловскими электродами 3,4,5 и 6,7,8 индуцируетс электродвижуща сила Холла. При этом на электродах 4 и 7 значение холловской ЭДС будет в два раза больше, чем при однократном прохождении носителей. Способ позвол ет уменьшить вли ние термоЭДС и повысить точность измерений квантового сопротивлени Холла в 1,5 - 2 раза по сравнению с известными техническими решени ми. 3 ил.The invention relates to electrical measuring equipment and can be used in metrology for reproducing the value of the quantum Hall resistance, as well as in experimental physics. The aim of the invention is to improve the accuracy of the method for determining the quantum resistance of a Hall. In this method, a transport current of charged carrier particles is passed through channel 1 of a Hall converter with a two-dimensional electron gas between current electrodes 2. The Hall transducer is placed in a perpendicular magnetic field. Electromotive Hall force is induced between Hall electrodes 3,4,5 and 6,7,8. At the same time on the electrodes 4 and 7, the value of the Hall EMF will be two times greater than with a single passage of carriers. The method makes it possible to reduce the influence of thermoEMF and to increase the accuracy of measurements of the quantum Hall resistance by 1.5 - 2 times compared with the known technical solutions. 3 il.
Description
3232
J4J4
4 мг МиВ4 mg MIV
СП СЛJV SL
елate
«л 6#"L 6 #
77
«Д“D
8eight
-J-J
3151511531515115
токовыми электродами 2 пропускают транспортный ток зар женных частиц- носителей. Преобразователь Холла помещают в Перпендикул рное магнит- , вое поле..Между ХОПЛОРСКИМИ электродами 3, 4, 5 и 6, 7, 8 индуцируетс электродвижуща сила Холла, При этом на электродах 4 и 7 значение холловской ЭДС будет в д)за раза больп1е, чем при однократном прохождении носителей. Способ позвол ет уменьшить вли ние термоЭДС и повысит точность измерений квантового сопротивлени Холла в 1,5-2 раза по сравнению с известными техническими решени ми. 3 ил.the current electrodes 2 pass the transport current of the charged carrier particles. The Hall transducer is placed in the Perpendicular magnetic field. Between the HOPLOR electrodes 3, 4, 5 and 6, 7, 8 the Hall electromotive force is induced. At the same time on the electrodes 4 and 7 the value of the Hall voltage will be d) than with a single pass media. The method makes it possible to reduce the influence of thermoEMF and increase the accuracy of measurements of the quantum Hall resistance by 1.5–2 times in comparison with the known technical solutions. 3 il.
Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано в метрологии дл воспроизведени значени квантового сопротивлени Холла (КСХ - общеприн тое сокращение), а также в экспериментальной физике дл уточнени значений фундаментальных физических констант на основе макроскопических квантовых эффектов.The invention relates to electrical measuring equipment and can be used in metrology for reproducing the value of quantum Hall resistance (CSC = conventional abbreviation), as well as in experimental physics to refine the values of fundamental physical constants based on macroscopic quantum effects.
Целью изобретени вл етс повышение точности.The aim of the invention is to improve the accuracy.
На фиг. представлены линии тока и эквипотенциалы в области канала квантового холловского преобразовател при выведении тока из канала и пов.торном его-инжектировании; на фиг,2 - то же, при однократном прохождении носител ми канала; на фиг.З - схема устройства дл измерени КСХ.FIG. current lines and equipotentials in the region of the channel of the quantum Hall transducer are presented when the current is removed from the channel and repeated its injection; Fig. 2 is the same, with a single pass through the channel carriers; Fig. 3 is a schematic of a device for measuring CSH.
По предлагаемому способу (фиг,1) через канал 1 холловского преобразовател с двумерным электронным газом (2МЭГ) между токовыми электродами 2 пропускаетс транспортный ток зар женных носителей (например, от внешнего источника тока), Хол- ловский преобразователь помещен в перпендикул рное магнитное поле. Между холловскими электродами 3-5 и 6-8 индуцируетс электродвижуща сила (ЭДС) Холла.According to the proposed method (FIG. 1), a transport current of charged carriers (for example, from an external power source) is passed through the Hall 1 transducer with a two-dimensional electron gas (2 MEG) between the current electrodes 2, the Hall transducer is placed in a perpendicular magnetic field. Between the Hall electrodes 3-5 and 6-8, Hall electromotive force (EMF) is induced.
После прохождени носител ми зар да сечени канала 1 в области расположени измерительных электродов 4, 7 транспортный ток вьшодитс из канала в месте расположени электрода 5 на боковой грани канала 1, Этот ток инжектируетс повторно в канал 1 в области электрода 6 на противоположной боковой грани канала 1 до сечени 4,7.After the passage of the charge carrier section of the channel 1 in the region of the measuring electrodes 4, 7, the transport current rises from the channel at the location of the electrode 5 on the side face of channel 1. This current is re-injected into channel 1 in the region of electrode 6 on the opposite side face of channel 1 to section 4.7.
Таким образом, через сечение канала 1 в месте расположени холThus, through the cross section of channel 1 at the location of the cold
ловских измерительных электродов 4, 7 один и тот же транспортный ток зар женных носителей проходит два раза, что приводит к возникновению на измерительных электродахLOVO measuring electrodes 4, 7 the same transport current of charged carriers passes two times, which leads to the appearance on the measuring electrodes
4, 7 холловской ЭДС, значение которой ровно в два раза больше, чем при однократном прохождении носителей , Вьшод и инжекци тока через боковые грани канала может осуществл тьс при температуре жидкого гели , поэтому значение термоЭДС в цепи измерительных электродов не мен етс . Это в два раза снижает по- грещность, обусловленную вли нием4, 7 of the Hall emf, the value of which is exactly two times greater than with a single passage of carriers, Vyshod and current injection through the side faces of the channel can be carried out at the temperature of the liquid helium, therefore the thermopower value in the measuring electrode circuit does not change. This reduces the failure due to the influence of
термоЭДС на результат измерени ,thermoEMF on the measurement result,
Инжекци и вывод тока из канала Через боковые грани могут быть осуществлены , например, введением сверхпровод щей перемычки между электро-Injection and current output from the channel Through the side faces can be carried out, for example, by introducing a superconducting jumper between the electrical
дами 5 и 6, Поскольку между противоположными боковьми гран ми преобразовател при отсутствии указанной перемычки, см. фиг, 2) с тцествует ЭДС Холла, то закорачивание электродовDami 5 and 6, Since between the opposite sides of the transducer in the absence of the indicated jumper, see FIG. 2) the Hall voltage is present, the shorting of the electrodes
5 и 6 приводит к протеканию тока между ними. Распределение силовых линий вектора плотности тока в провод щей среде подчин етс уравнени м Макевелла, поэтому дивергенци вектора плотности тока равна нулю, т.е. силовые линии тока не могут пересекатьс . Это означает, что весь транс портный ток выходит из канала 1 через электрод 5, а весь ток, инжектированный в канал 1 через электрод 6, достигает токового электрода 2. По этой же причине не может протекать ток носителей в канале 1 между электродами 6 и 5, Следовательно, в 2МЭГ5 and 6 leads to current flow between them. The distribution of the power lines of the current density vector in a conducting medium is governed by the Makewell equations; therefore, the divergence of the current density vector is zero, i.e. power lines cannot intersect. This means that the entire transport current exits channel 1 through electrode 5, and all the current injected into channel 1 through electrode 6 reaches the current electrode 2. For the same reason, no carrier current can flow in channel 1 between electrodes 6 and 5 Consequently, in 2MEG
канала 1 образуютс две независимые области с транспортным током носителей , имеющим одно и то же значение, привод щие к удвоению значени холловской ЭДС.Channel 1 forms two independent regions with carrier transport current having the same value, leading to a doubling of the value of the Hall EMF.
1515
На фиг.1 условно показано направление вектора магнитной индукции В. При изменении направлени магнитного пол вывод транспортного тока из канала 1 необходимо осуществл ть уже не с электрода 5, а с электрода 8, т.е. в соответствии с направлением смещени зар женных носителей к боковой грани канала 1, согласно направлению вектора напр женности поперечного электрического пол , определ емого векторным произведением скорости носителей и индукции магнитног пол . В этом случае выведенный через электрод 8 ток нужно ввести в канал 1 через контакт 3, а электроды 5 и 6 должны быть разомкнуты.Fig. 1 conventionally shows the direction of the magnetic induction vector B. When changing the direction of the magnetic field, the transport current should be removed from channel 1 not from electrode 5, but from electrode 8, i.e. in accordance with the direction of displacement of charged carriers to the side face of channel 1, according to the direction of the intensity vector of the transverse electric field, determined by the vector product of the velocity of the carriers and the induction of the magnetic field. In this case, the current outputted through the electrode 8 must be introduced into channel 1 through contact 3, and electrodes 5 and 6 must be open.
Выход на режим квантовани преобразовател осуществл етс по минимуму падени напр жени внутри канала в продольном направлении. Дл этого можно использовать электроды 3, 4 или 7, 8. Схема устройства дл измерени КСХ (фиг.З) не мен етс . Однако, поскольку ЭДС преобразовател увеличена в два раза по сравнению с известными решени ми, то номинальное значение меры сопротивлени в устройстве необходимо увеличить также в два раза.The quantizing of the converter is achieved by minimizing the voltage drop inside the channel in the longitudinal direction. For this, electrodes 3, 4, or 7, 8 can be used. The circuit of the device for measuring the CSX (Fig. 3) does not change. However, since the EMF of the converter is doubled in comparison with the known solutions, the nominal value of the resistance measure in the device must also be doubled.
В описанном включении при измерении КСХ без изменени значени транспортного тока в цепи токовых электродов 2 преобразовател происходит удвоение ЭДС Холла. Следовательно , а два раза увеличиваетс эквивалентное значение КСХ. Это позвол ет осуществл ть сравнение КСХ, измеренного известными способами, с КСХ, измеренным по предлагаемому способу без изменени значени транспортного тока и номера плато, т.е. числа заполненных уровней Ландау. При этом открываетс нова возможность вы влени систематических погрещностей и повышаетс достоверность измерений.In the described switching on, when measuring the CSR without changing the value of the transport current in the circuit of current electrodes 2 of the converter, the Hall voltage doubles. Consequently, a doubles the equivalent value of CCX. This allows the comparison of the SCC measured by known methods with the SSC measured by the proposed method without changing the value of the transport current and the plateau number, i.e. numbers of filled Landau levels. This opens up a new possibility of detecting systematic faults and increases the accuracy of measurements.
На фиг. эквипотенциалы и линии .тока преобразовател построены по экспериментальным данным, полученным при исследовании квантовых холловских преобразователей. В качестве преобразовател использована ЩП-структу - ра-на легированном кремнии -с управлением по напр жению затвора. Преобразователь размещен внутри сверх- провод щего магнитного соленоида.с индукцией 10 Т при температуре 4,2 К.FIG. The equipotentials and lines of the current of the converter are constructed from the experimental data obtained from the study of quantum Hall converters. The SchP-structure of ra-doped silicon — controlled by a gate voltage was used as a converter. The converter is placed inside a superconducting magnetic solenoid. With an induction of 10 T at a temperature of 4.2 K.
1 IS61 IS6
Через преобразователь пропускали транспортный ток 5 мкА от ртутных элементов . Выход на режим квантовани осуществл ли, регулиру напр жение затвора по минимуму продольного напр жени . В эксперименте осуществл лась настройка на плато, соответствующее четырем заполненным уровн мA transport current of 5 μA from the mercury elements was passed through the converter. Quantization mode was achieved by adjusting the gate voltage to the minimum of the longitudinal voltage. In the experiment, the adjustment was made to a plateau corresponding to four filled levels
0 Ландау.0 Landau.
Испытани макета показали, что при .выводе тока через боковую грань канала и его повторной инжекции через противоположную боковую грань проис5 ходит удвоение ЭДС Холла с высокой точностью. Разность значений КСХ без инжекции и с инжекцией носителей (при учете половинного значени КСХ) не превосходила , т.е. лежалаTesting of the layout showed that during current output through the side face of the channel and its repeated injection through the opposite side face, the Hall emf doubles with high accuracy. The difference in the values of the COX without injection and with the injection of carriers (taking into account the half value of the COX) did not exceed, i.e. lay
0 в пределах погрещности измерительного эксперимента.0 within the limits of measurement experiment.
Таким образом, вывод транспортного тока из области канала через боковую грань после прохождени -носител 5 ми области сечени с холловскимиThus, the output of the transport current from the channel area through the side face after the passage of the 5 section cross section with the Hall
электродами и повторна инжекци выведенного тока в канал до указанного сечени позвол ют уменьшить вли ние термоЭДС путем двукратных измеренийelectrodes and repeated injection of the extracted current into the channel to the specified cross section allows to reduce the influence of thermoEMF by double measurements
0 (без инжекции и с инжекцией ) и повысить точность измерений КСХ в 1,5-2 раза по сравнению с известными техническими рещени ми. Форм.ула изобретени 0 (without injection and with injection) and improve the accuracy of measurements of COX by 1.5–2 times in comparison with the known technical solutions. Formula inventions
Способ определени квантового сопротивлени Холла, заключающийс в том, что ток заданной величины пропускают через канал квантового холловскогоThe method of determining the quantum Hall resistance, which consists in the fact that the current of a given magnitude is passed through the channel of the quantum Hall
0 преобразовател , помещенного в поперечное посто нное магнитное поле, измер ют холловскую электродвижущую силу, определ ют значение квантового сопротивлени Холла по отношению холлове ской электродвижущей силы к заданной величине тока, отличающий- с тем, что, с целью повышени точности определени , перед измерением холловской электродвижущей силы0 a transducer placed in a transverse constant magnetic field measures the Hall electromotive force, determines the value of the Hall's quantum resistance with respect to the Hall electromotive force to a given current value, which, in order to improve the determination accuracy, before measuring the Hall electromotive force
Q вывод т из квантового холловского преобразовател через боковую грань ток заданной величины после прохождени носител ми зар да сечени потенциальных электродов квантовогоQ output from a quantum Hall transducer across a side face of a current of a given magnitude after the passage of the charge carrier across the cross section of the potential electrodes of the quantum
- холловского преобразовател и инжектируют ток заданной величины через боковую грань квантового холловского преобразовател до прохождени ими сечени потенциальных электродов. -,- a Hall converter and inject a current of a given magnitude through the side face of the quantum Hall converter before they pass the cross section of potential electrodes. -,
R 6,f53.20fR 6, f53.20f
1212
5 00 0 0 32 5 00 0 0 32
HI HI
05,05,
33
фиг.1figure 1
S2mVS2mv
32 3232 32
Фи-г. ЪPhi-g. B
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874334159A SU1515115A1 (en) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | Method of determining hall quantum resistance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874334159A SU1515115A1 (en) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | Method of determining hall quantum resistance |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1515115A1 true SU1515115A1 (en) | 1989-10-15 |
Family
ID=21338598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU874334159A SU1515115A1 (en) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | Method of determining hall quantum resistance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1515115A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654935C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of the semiconductors quantized hall resistance contactless determination and device for its implementation |
-
1987
- 1987-11-27 SU SU874334159A patent/SU1515115A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Сборник статей. Вып.12, Квантовый эффект Холла. - Новости физики твердого тела. М.: Мир, 1986, с.18- 24. К;фон. Клитцинг. Квантованный эффект Холла. - Успехи физических наук. 1986, т. 150, вып.. с. 107- 126. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654935C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of the semiconductors quantized hall resistance contactless determination and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Williams et al. | New measurement of the proton gyromagnetic ratio and a derived value of the fine-structure constant accurate to a part in 10 7 | |
Folen et al. | Anisotropy of the magnetoelectric effect in Cr 2 O 3 | |
Frankel | Critical‐state model for the determination of critical currents in disk‐shaped superconductors | |
Krick et al. | Direct observation of interfacial point defects generated by channel hot hole injection in n‐channel metal oxide silicon field effect transistors | |
US5591996A (en) | Recirculating charge transfer magnetic field sensor | |
US3649912A (en) | Direct current transformer employing magnetoresistance diodes for use in current measurement | |
US3840809A (en) | Non-destructive measurement of dielectric properties | |
SU1515115A1 (en) | Method of determining hall quantum resistance | |
Yoshihiro et al. | Quantum Hall effect in silicon metal-oxide-semiconductor inversion layers: Experimental conditions for determination of h/e 2 | |
Kawaji et al. | Quantized Hall resistance measurements | |
Li et al. | A new charge pumping method for determining the spatial interface state density distribution in MOSFETs | |
Hrovat et al. | An alternating pulsed magnetic field gradient apparatus for NMR self-diffusion measurements | |
Jeckelmann et al. | Influence of the voltage contacts on the four-terminal quantized Hall resistance in the nonlinear regime | |
Fam | A Poynting vector transducer for transmission line monitoring and protection | |
Lenahan et al. | E′ centers and leakage currents in the gate oxides of metal oxide silicon devices | |
US5434505A (en) | Method and apparatus for low temperature HEMT-like material testing | |
SU732772A1 (en) | Magnetometer | |
RU2790064C1 (en) | Method and system for precision measurement of the critical current of the sis-type josephson junction | |
Hanham et al. | Domain structure and the approach to saturation in [111] oriented iron whiskers | |
SU1190275A1 (en) | Method of measuring density of current in current conductor and apparatus for accomplishment of same | |
Wagner et al. | Measurements of the quantized Hall steps in Si at the ppm level | |
Hahn et al. | Thermodynamic magnetization discontinuity between the A and B phases of superfluid 3 he | |
SU605125A1 (en) | Method of monitoring measuring bridge null point | |
Lehtisyrjä | Measurement of galvanomagnetic phenomena using pulsed magnetic field system | |
SU868683A1 (en) | Device for induction logging of wells |