Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dziedzictwo Edwina Halla

Krzyżewska Anna

Postępy Fizyki

|

2021

|

T. 72, z. 1

16--22

PL

Niewątpliwie każdy młody adept nauk fizycznych już na początku swojej naukowej drogi styka się z klasycznym efektem Halla. Co więcej, każdy z nas, w mniejszym bądź większym stopniu korzystając ze zdobyczy techniki, czasem nawet nieświadomie posługuje się urządzeniami, w których wykorzystuje się to zjawisko. Mimo, że od odkrycia klasycznego efektu Halla minęło ponad sto lat, zagadnienie to nie jest zamkniętym rozdziałem na kartach historii fizyki, ale niezwykle płodną ideą, która wciąż skutkuje opisem nowych pokrewnych zjawisk. Odkrywanie nowych efektów Halla na przestrzeni lat może być też swego rodzaju znacznikiem postępu nauki w zakresie fizyki ciała stałego. Rozwijająca się w niewiarygodnym tempie mechanika kwantowa oraz możliwości technologiczne pozwalające na wytwarzanie układów cienkowarstwowych zaowocowały między innymi odkryciem kwantowego efektu Halla. Pogłębianie wiedzy z zakresu fizyki magnetyzmu, a w szczególności rozwój koncepcji spinu, umożliwiły wyjaśnienie mikroskopowych mechanizmów prowadzących do anomalnego efektu Halla [12, 15] i odkrycia spinowego efektu Halla [17, 18]. Wobec powyższego nie dziwi fakt, że współczesne trendy fizyki ciała stałego coraz częściej zwracające się w stronę topologii „dołożyły swoje trzy grosze” w postaci reinterpretacji anomalnego efektu Halla czy obserwacji nowych zjawisk, jak topologiczny czy nieliniowy efekt Halla. Zatem bez wątpienia warto poznać historię i choć pokrótce prześledzić losy jednej z najbardziej owocnych koncepcji fizyki ciała stałego. Celem tego artykułu jest nakreślenie wspomnianych efektów transportowych przy zachowaniu chronologii. W ich interpretacji posługuję się głównie opisem półklasycznym, gdzie nośniki (elektrony) są traktowane jako cząstki podlegające prawom mechaniki klasycznej. Tam, gdzie takie spojrzenie staje się niewystarczające, wprowadzam jedynie niezbędne pojęcia z zakresu fizyki kwantowej i topologii, które są kluczowe dla wyjaśnienia efektów hallowskich opisanych w ostatnich latach.

EN

Undoubtedly, all students of physical sciences become acquainted with the classical Hall eòect at the very beginning of their scientiffic path. Moreover, each of us uses the technology based on this phenomenon to a greater or lesser extent without even being aware of it. Although more than one hundred years passed since the experiment of Edwin Hall, the problem of the Hall effect is not a closed chapter in the history of physics. Instead, Hall effects have become an extremely fertile idea yielding discoveries of new phenomena. One can say that the discoveries of new Hall eòects have been over the years a kind of metric of scientiûc progress in solid-state physics. he fast development of quantum mechanics, as well as the technological progress, allowed for the fabrication of semiconducting thin films and, among others, the discovery of the quantum Hall effect. Advancement in the physics of magnetism, and spin physics, allowed to explain the microscopic mechanisms responsible for the anomalous Hall effect [12, 15] and the discovery of the spin Hall eòect [17, 18]. It is also not surprising that in contemporary solid-state physics, strongly focusing on topological properties of solids, one can find the new members of the Hall effect family, i.e., the topological and non-linear Hall effect. Hence, it is worth to briey review one of the most fruitful concepts in solid-state physics. his article aims to introduce the Hall effects while maintaining the chronology of their discovery. I mainly used a semiclassical picture, where carriers (electrons) are treated as particles governed by the laws of classical mechanics. I also introduced the necessary concepts of quantum physics and topology, which are crucial for explaining the Hall effects described in recent years.

2

Kwantowy efekt Hall'a w epitaksjalnym grafenie otrzymanym w ITME

Dobrzański L., Strupiński W., Stankiewicz R., Borysiewicz M., Góra K., Kozłowski A., Stańczyk B.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2012

|

Vol. 53, nr 4

7-8

PL

Opracowano technologię i konstrukcję struktur z grafenu wyhodowanego na powierzchni węglika krzemu przy pomocy oryginalnej opatentowanej metody. Wykonano struktury do pomiaru kwantowego efektu Hall'a i przeprowadzono pomiary. Zaobserwowano anomalny kwantowy efekt Hall'a charakterystyczny dla grafenu składającego się z jednej warstwy węgla, w którym występuje transport nośników ładunku o zerowej masie.

EN

We developed technology and construction of devices made of epitaxial graphene grown on silicon carbide using proprietary patented method. Hall bars were processed and characterized. We observed the QHE characteristic for graphene build of single carbon layer in which charge carriers are mass less fermions.

3

Quantum Hall effect in exfoliated graphene

Woszczyna M., Friedemann M., Pierz K., Ahlers F.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 6

62-64

EN

Graphene, due to its one-atom layer thickness, naturally behaves as a two-dimensional (2D) semiconductor system, where quantum Hall effect (QHE) can be observed. One of the most remarkable features of graphene is that its carrier concentration can be tuned to either hole or electron system by applying external electric field, which is not possible in typical semiconductor 2D structures. The aim of this work is to present our experiments concerning graphene application in electrical quantum metrology as a resistance standard based on QHE. We describe fabrication steps of graphene devices. The so-called exfoliation method of obtaining monolayer graphene flakes is used. In this technology graphite pieces are reduced to graphene flakes by mechanical peeling of material using a sticky tape. Finally graphene is transferred onto a dielectric substrate and electrical contacts are formed by electron beam lithography. Two different types of substrates were utilized: Si/SiO₂ and a GaAs/AIAs heterostructure. A GaAs/AIAs multilayer, designed to render the exfoliated graphene flakes visible, provided the required back-gate insulation and good carrier tuneability, despite the barrier limited height compared to the usual SiO2 oxide barrier on doped silicon. We also present measurements of integer quantum Hall effect in graphene deposited on both types of substrate.

PL

Grafen zbudowany jest tylko z jednej warstwy atomów węgla. Z tego powodu charakteryzuje się typowymi właściwościami dwuwymiarowych systemów półprzewodnikowych, w których występuje kwantowy efekt Halla. Jednak w odróżnieniu od nich, w grafenie istnieje możliwość łatwego sterowania gęstością nośników zarówno typu elektronowego jak i dziurowego za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego. W pracy przedstawiono wyniki badań zmierzających do zastosowania grafenu w metrologii kwantowej jako wzorca oporu elektrycznego. Zostały omówione etapy wytworzenia przyrządu. Płatki grafenu były otrzymywane metodą eksfoliacji z naturalnego grafitu, w której za pomocą taśmy klejącej odrywano kolejne warstwy węglowe aż do osiągnięcia tylko jednej warstwy grafenowej. Wyizolowany grafen przeniesiono na podłoże dielektryczne i wytworzono kontakty elektryczne metodą elektronolitografii. W badaniach zostały wykorzystane dwa rodzaje podłoża: Si/SiO₂ oraz specjalnie spreparowana heterostruktura GaAs/AlAs. Heterostruktura została wykonana w postaci naprzemiennie ułożonych warstw GaAs i AlAs tak, aby umożliwić szybką lokalizację grafenu na podłożu za pomocą mikroskopu optycznego, a także aby zapewnić wystarczającą izolację między grafenem a bramką sterującą gęstością nośników. W pracy zostały przedstawione wyniki pomiarów całkowitego kwantowego efektu Halla w grafenie naniesionego na obydwa wymienione podłoża.

4

Graphene production for electrical metrology

Elmquist R. E., Shen T., Jones G. R. j., Hernandez-Marquez F. L., Real M. A., Newell D. B.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 6

22-25

EN

Many material and electronic contributions must be favorable to produce devices with strong quantum Hall effect (QHE) plateaus that are suitable for precise resistance metrology. Even so, metrologically interesting QHE plateaus have been observed in semiconductor heterostructures and in graphene carbon-monolayer based devices fabricated using a variety of different synthesis processes. In graphene devices the QHE has been observed even at room temperature, well above the temperature at which quantum behavior disappears in the best conventional semiconductor-based devices. We are developing the capability to synthesize graphene as an epitaxial layer on SiC and describe some of the necessary conditions, including selection and preparation of the substrate, synthesis environment, and temperature. Our intent is to make available graphene devices for electrical metrology that can operate over a wide range of current and temperature at relatively weak magnetic fields, and to provide subsequent device characterization for primary standards of electrical resistance based on monolayer graphene. Measurements of the plateau flatness and temperature dependence of the Hall resistance in GaAs-AIGaAs heterostructures and a chemical vapor deposition (CVD)-grown graphene monolayer device are presented.

PL

Produkcja wielu materiałów oraz podzespołów elektronicznych wymaga stosowania próbek (elementów) z wyraźnym plateau kwantowego efektu Halla (QHE), wykorzystywanych w precyzyjnej metrologii rezystancji. Oprócz tego interesujące z punktu widzenia metrologii plateau QHE zaobserwowano w próbkach wykonanych ze heterostruktur półprzewodnikowych oraz z grafenu - węgla w postaci warstwy o grubości jednego atomu, wytwarzanych przy użyciu róinych procesów syntezy. W próbkach grafenowych zjawisko QHE zaobserwowano nawet w temperaturze pokojowej, znacznie powyżej temperatury, w której właściwości kwantowe zanikają nawet w najlepszych konwencjonalnych półprzewodnikowych próbkach QHE. W naszych badaniach doskonalimy metody wytwarzania grafenu w postaci warstwy epitaksjalnej na podłożu SiC. Opisujemy tu niektóre z niezbędnych warunków wytwarzania, zatem wybór i przygotowanie podłoża, środowiska syntezy oraz temperaturę. Naszym celem jest udostępnienie metrologii elektrycznej próbek grafenowych, które będą mogły pracować w szerokim zakresie prądów i temperatury, w stosunkowo słabych polach magnetycznych oraz opis charakterystyk tych próbek, które są wykorzystywane jako podstawowe wzorce oporu elektrycznego a wykonane w postaci warstwy grafenu o grubości jednego atomu. Prezentujemy pomiary płaskości plateau i zależności temperaturowej oporu Halla w próbkach wykonanych z heterostruktury GaAs-AIGaAs oraz z jednoatomowej warstwy grafenu osadzonej chemicznie metodą CVD (chemical vapor deposition).

5

Fabrication of the 10 kΩ QHR array device

Oe T., Matsuhiro K., Itatani T., Gorwadkar S., Kiryu S., Kaneko N. H.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 6

47-49

EN

Each quantized Hall resistance (QHR) elements which constitute a perfect quantum Hall array resistance standard (QHARS] device should have suitable performance as a DC resistance standard by itself. We have improved the yield ratio of the QHR device to accomplish the QHARS process. Thereby we have achieved approximate 100% device yield of 400 μm-width Hall bars by adopting a new device process with the SiO₂ passivation layer before the AuGe/Ni evaporation. The 10 kΩ-QHARS device with this new process agrees with its nominal value within 8 × 10⁻⁹ based on the von Klitzing constant R (sub)K.

PL

Wszystkie próbki z kwantową rezystancją Halla (QHR), które stanowią pełną matrycę kwantowego wzorca rezystancji Halla (QHARS), muszą mieć takie parametry, jak stałoprądowy wzorzec rezystancji. Poprawiliśmy procentowy współczynnik uzyskiwania dobrych próbek QHR w procesie wytwarzania wzorca QHARS. Dzięki temu z płytki o szerokości 400 μm osiągnęliśmy blisko 100-procentowy uzysk próbek (ścieżek przewodzących) z efektem Halla przez wykorzystanie nowej technologii ich wytwarzania z udziałem warstwy pasywacji SiO₂, przed odparowaniem AuGe/Ni. Rezystancję wzorca QHARS 10 kΩ wykonanego nową technologią porównywano z jej wartością nominalną określoną za pomocą stałej von Klitzinga R (sub)K i uzyskano zgodność w granicach błędu względnego 8 × 10⁻⁹.

6

Wzorce kwantowe wielkości elektrycznych

Nawrocki W.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 9

287-290

PL

W artykule przeglądowym przedstawiono zasady działania wzorców kwantowych napięcia elektrycznego, rezystancji elektrycznej i częstotliwości. Podano parametry wzorców tych jednostek zainstalowanych w Głównym Urzędzie Miar. Pokazano także powiązanie kwantowych wzorców napięcia elektrycznego, natężenia prądu elektrycznego, częstotliwości i energii w kwantową piramidę metrologiczna.

EN

n review article one described principles of operating of quantum standards of the electrical voltage, electrical resistance and frequency. One published parameters of standards of these units installed in the Central Office of Measures (Warsaw). One showed also the connections of quantum standards of the electrical voltage, the electrical current, frequency and the energy into the quantum the quantum metrological pyramid.

7

Wzorce jednostek miar rezystancji i napięcia elektrycznego a podstawowe stałe fizyczne

Dudek E., Mosiądz M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2007

|

R. 53, nr 9 bis

82--85

PL

Współczesne kierunki rozwoju metrologii postulują odejęcie od tradycyjnych materialnych wzorców jednostek miar i zastąpienie ich wzorcami opartymi na zjawiskach kwantowych. Referat przedstawia fizyczne podstawy najnowocześniejszych wzorców napięcia elektrycznego (opartego na zjawisku Josephsona) i rezystancji (kwantowy efekt Halla), systemy odtwarzania jednostek miar pracujące w oparciu o nie, a także korzyści płynące z włączenia ich do polskiego systemu miar.

EN

Modern metrology postulates replacing material standards with quantum standards. Article describes physical phenomenas and working principles of voltage (Josephson effect) and resistance (quantum Hall effect) standards, measurement systems and advantages of using them in polish units system.

8

Przekazywanie jednostki rezystancji od wzorca opartego na kwantowym efekcie Halla do wysokoomowych rezystorów wzorcowych

Lisowski M., Krawczyk K.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2007

|

R. 53, nr 9

88-91

PL

W referacie przedstawiono wzorzec pierwotny rezystancji, oparty na kwantowym efekcie Halla i system przekazywania jednostki rezystancji oraz problemy z tym przekazywaniem związane. Zaproponowano zastosowanie w systemie transferów rezystancji Hamona, które umożliwią zmniejszenie niepewności przenoszenia jednostki rezystancji, a także dokładniejsze wzorcowanie aparatury pomiarowej stosowanej w systemie.

EN

This paper concerns primary standard of resistance unit based on Quantum Hall Effect (fig. 3) and measurement system (fig. 5). Problems of resistance measurement system were shown. The alternative resistance scaling path, from QHE to various decade resistance values, based on Hamon transfers were described (fig. 6). This solution increases resistance transfer accuracy and allows to calibrate measurement equipment.

9

Od kwantowego efektu Halla do rezystora wzorcowego - system przekazywania jednostki miary

Domańska-Myśliwiec D., Mosiądz M., Snopek L.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2007

|

R. 53, nr 9 bis

78--81

PL

W referacie przedstawiono system przekazywania jednostki miary od układu odtwarzania jednostki rezystancji do rezystorów wzorcowych. Omówiono zasadę działania systemu odtwarzania jednostki rezystancji oraz wybrane problemy występujące podczas jej przekazywania do rezystorów wzorcowych. Przedstawiono również stanowiska wzorcujące służące temu celowi.

EN

In the article structure of transferring resistance unit from quantum Hall effect to standard resistors is described. System of reproducing resistance unit fundamentals, chosen transfer problems, and calibration systems are also described.