Effet Hall - Définition
L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à ceux-ci.
Sous certaines conditions, cette tension croît par paliers, effet caractéristique de la physique quantique. Le Prix Nobel de physique a été attribué en 1985 pour l'effet Hall quantique entier et en 1998 pour l'effet Hall quantique fractionnaire.
Principe de l'effet classique
Lorsqu'un courant traverse un barreau en matériau semi-conducteur (ou conducteur), et si un champ magnétique d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens de passage du courant, une tension, appelée tension Hall, proportionnelle au champ magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau.
Cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement des porteurs de charge qui est considérablement plus grande dans les matériaux semi-conducteurs que dans les conducteurs métalliques.
La physique classique de l'effet Hall
On sait qu'un champ magnétique agit sur les charges en mouvement. Le courant qui traverse le matériaux conducteur est produit par des charges (les électrons libres) qui se déplacent avec une vitesse que l'on notera v.
Ces électrons sont donc soumis à une force Fm = -e.v^B. (Force de Lorentz), où -e correspond à la charge d'un électron. Il en découle un déplacement d'électrons et une concentration de charges négatives sur l'un des côtés du matériaux ainsi qu'un déficit de charges négatives du côté opposé. Cette distribution de charge donne naissance à la tension Hall VH ainsi qu'à un champ électrique EH.
Ce champ électrique est lui même responsable d'une force électrique qui agit sur les électrons : Fe = -e . EH (Force de Coulomb). L'équilibre est atteint lorsque la somme des deux forces est nulle (deuxième loi de Newton). On peut alors écrire EH = - v^B.
Application de l'effet Hall
Les capteurs à Effet Hall permettent de mesurer :
- Les champs magnétiques (Teslamètres)
- L'intensité des courants électriques : capteurs de courant à Effet Hall.
- Ils permettent également la réalisation de capteurs ou des détecteurs de position sans contact, utilisés notamment dans l'automobile, pour la détection de position d'un arbre tournant (boîte à vitesse, cardans, ...).
- On trouve également des capteurs à effet Hall sous les touches des claviers des instruments de musique modernes (orgues, orgues numériques, synthétiseurs) évitant ainsi l'usure que subissaient les contacteurs électriques traditionnels.
Voir aussi :
- Gant de données à effet Hall