ホール係数 | 式、定義、応用 – Electricity

ホール係数（Hall coefficient）は、材料中の電気キャリアの密度と移動度を測定するために用いられる、電気と磁気を結びつける重要な物理量。

ホール係数 | 式、定義、応用

ホール係数（Hall coefficient）は、電気と磁気の性質を結びつける物理量です。これは、1879年にアメリカの物理学者エドウィン・ホールによって発見されました。ホール係数を理解するためには、まずホール効果について知る必要があります。

ホール効果とは、導体や半導体に電流が流れているとき、その材料に垂直な磁場を加えると、電流の進行方向に対して垂直な方向に電圧が発生する現象です。この電圧をホール電圧（Hall voltage）と呼びます。

ホール係数は、次のような式で表されます：

\[R_H = \frac{E_H}{jB}\]

ここで、
– \(R_H\) はホール係数
– \(E_H\) はホール電圧
– \(j\) は電流密度
– \(B\) は磁束密度

また、ホール効果を測定する際に使用する材料がどのようなタイプのキャリア（正孔または電子）で電流を運んでいるかにより、ホール係数の符号が決まります。一般的に、電子の場合は負の値、正孔の場合は正の値になります。

ホール係数のSI単位は、立方メートル毎クーロン（\(\frac{m^3}{C}\)）です。しかし、実際の測定では、センチメートル毎クーロン（\(\frac{cm^3}{C}\)）やガウス毎センチメートル毎クーロン（\(\frac{cm^2}{C \cdot G}\)）などの単位も使われます。

ホール係数は、物理学と工学のさまざまな分野で重要な役割を果たしています。その主な応用例をいくつか紹介します。

材料のキャリア密度測定: ホール係数を使うことで、材料中のキャリア（電子や正孔）の密度を簡単に測定することができます。
半導体デバイス: 半導体の特性を調べるために、ホール効果測定は非常に有効です。たとえば、トランジスタやダイオードなどの特性評価に利用されます。
磁場センサー: ホール効果を利用したセンサーは、現在地の磁場を測定するために用いられます。これにより、スマートフォンの電子コンパスや自動車のABSシステムなどが機能します。
電流センサー: ホール効果を用いることで、非接触で電流を測定することが可能です。これは、高電圧の測定が必要な状況や、物理的に接触が困難な場所でも使用できます。

ホール係数は、電気と磁気の関係を理解するための重要な物理量です。電流が流れている物質に磁場を加えると、垂直な方向に電圧が生じるホール効果を通して、材料のキャリア密度や特性を測定することができます。また、ホール効果を利用したセンサー技術は、現代社会の多くの分野で応用されています。

ホール係数とホール効果について理解することで、物質の電気的および磁気的性質に関する知識が深まり、さらなる研究や応用が期待されます。