슈브니코프-더 하스 효과

슈브니코프-더 하스 효과(Shubnikov-de Haas Effect)는 저온에서 어떤 물질의 전기 전도도가 강한 자기장의 변화에 따라 진동하는 현상으로, 물질에 내재하는 양자 역학적 특성이 거시적으로 나타나는 것이다. 이 효과는 전하 캐리어 ( 전자 및 정공 )의 유효 질량을 결정하기 위하여 종종 사용되고, 이를 이용하면 다수 캐리어와 소수 캐리어를 서로 구분할 수 있다.

물리적 절차

충분히 낮은 온도와 높은 자기장에서, 금속, 반금속, 및 밴드 갭이 작은 반도체 등의 전도대에 있는 자유 전자는 단순 조화 진동자처럼 거동한다. 자기장의 강도가 변화하면 단순 조화 진동자의 진동 주기는 그에 비례하여 변화한다. 그 결과 에너지 스펙트럼은 사이클로트론 에너지의 간격을 갖는 란다우 레벨로 구성된다. 이 란다우 레벨은 제이만 에너지 만큼 더욱 분리된다. 란다우 레벨 각각에서 사이클로트론 및 제이만 에너지 준위와 전자의 상태수(eB/h)는 자기장 세기의 증가에 따라 비례하여 증가한다. 따라서 자기장의 세기가 증가하면, 스핀-분할된 란다우 레벨은 보다 높은 에너지 쪽으로 이동한다. 에너지 준위가 페르미 에너지를 통과하면, 전자들이 자유전자를 이루어 전류를 형성하게 되어 전자의 수가 감소하게 된다. 이로 인하여 물질의 수송 및 열역학적 특성이 주기적으로 진동하여 재료의 전도율을 측정하면 진동이 발생한다. 페르미 '경계'를 통과하는 천이가 작은 에너지의 범위에 걸쳐서 일어나기 때문에, 그 파형은 정현파(사인파)가 아닌 형태를 보이고, 온도가 낮아짐에 따라 더욱 사각형에 가까운 형태가 된다.