浅谈霍尔效应及其应用.doc

本科学生毕业论文（设计）

题目(中 文):
浅谈霍尔效应及其应用
(英 文):
Introduction to Hall Effect and Its Application
姓 名
丁建文
学 号
200906001119
院 （系）
电子工程系
专业、年级
物理学 2009级
指导教师
尹鑫桃

2013年 5 月 8 日
II

湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：
年 月 日

13

毕业论文（设计）任务书

课题名称：
浅谈霍尔效应及其应用
学生姓名：
丁建文
系 别：
电子工程系
专 业：
物理学
指导教师：
尹鑫桃

2012 年 11 月 30 日

湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书
1、主题词、关键词：
霍尔效应 霍尔传感器 量子霍尔效应

2、毕业论文（设计）内容要求：
一、介绍霍尔效应的由来及量子霍尔效应
1、经典霍尔效应的原理
2、整数量子霍尔效应
3、分数量子霍尔效应
二、霍尔效应的应用及其展望

3、文献查阅指引：
[1] 韩燕丽,刘树勇．量子霍尔效应的发展历程物理[J]．物理，2000，08:499-501．
[2] 程姝丹,张强．霍尔效应的应用与发展[J]．水泥技术，2007，04:78-82．
[3] Hall E .H. On a new action of the mag net on electriccurrents[J]．Am .J .Math,1879，2:287-292．
[4] Chien C.L，Westgate C.R，The Hall effect and its application[M]．NewYork:Plenum Press，1979:523-545．
[5] Row land H A.Preliminary notes on Mr.Half’s recent discovery[J]．Am. J.Math，1879，2: 354-356．
[6] Gillispie C.C. Dictionary of scientific biography Vol.6[M]．New York:Charles Scribne’s Sons，1972:51-52．
[7] 陈守洙，江之永．普通物理学[M]．北京：高等教育出版社，2008，158．
[8] 杨锡震，田强．量子霍尔效应[J]．物理实验，2001，21（6）:3-7．
[9] 王世康．霍尔元件的特点及应用[J]．胜利油田师范专科学校学报，1988, （4）:19-21.
4、毕业论文（设计）进度安排：
1、2013年12月1日-2013年12月10日 选定论文题目。
2、2013年12月10日-2013年4月1日 拿出初稿
3、2013年4月1日-2013年5月1日 老师提出修改意见，进行论文修改。
4、2013年5月1日-2013年5月18日 修改论文，做答辩ppt准备答辩

教研室意见：

负责人签名：
注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书
论文（设计）题目
浅谈霍尔效应及其应用
作 者 姓 名
丁建文
所属系、专业、年级
电子工程系 物理学专业 2009年级
指导教师姓名、职称
尹鑫桃 讲师
预计字数
13000
开题日期
2012.12.24
选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
1）说明本选题的理论、实际意义
过对本课题的研究，让我们了解到了霍尔效应的原理以及量子霍尔效应的相关知识。利用霍尔效应可以测量某点的磁场和缝隙中的磁场，还以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别载流子的极性。随着电子技术的进展，利用霍尔效应制成的电子器件，由于结构简单、频率响应宽(高达10GHz )、可靠性高等优点，不仅广泛用于非电量测量，而且还于自动控制和信息处理方面。
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。“量子自旋
霍尔效应”最先由张首晟教授预言，之后被实验证实。这一成果是美国《科学》杂志评出的2007
年十大科学进展之一。对霍尔效应的研究可以有效的应用于生活。

主要内容：
主要介绍霍尔效应的发现历史及目前的研究现状
1. 介绍经典霍尔效应的提出及基本原理
2. 介绍整数霍尔效应及分数霍尔效应的原理
3. 介绍几种霍尔效应的应用
研究方法：
文献法,查找资料法，信息研究方法。

完成期限和采取的主要措施：本文从2012年12月开始准备，在2013年5月1日写好初稿，在5月1日到5月18过程中修改论文多次，计划五月初完成全部内容。
论文主要通过对各种研究资料和相关知识进行分析推导，在导师尹鑫桃老师的指导帮助下，了解了国内外很多有关文献的研究成果，并以自己的观点出发，提出自己的见解。
主要参考资料：
[1] 韩燕丽,刘树勇．量子霍尔效应的发展历程物理[J]．物理，2000，08:499-501．
[2] 程姝丹,张强．霍尔效应的应用与发展[J]．水泥技术，2007，04:78-82．
[3] Hall E .H. On a new action of the mag net on electriccurrents[J]．Am .J .Math,1879，2:287-292．
[4] Chien C.L，Westgate C.R，The Hall effect and its application[M]．NewYork:Plenum Press，1979:523-545．
[5] Row land H A.Preliminary notes on Mr.Half’s recent discovery[J]．Am. J.Math，1879，2: 354-356．
[6] Gillispie C.C. Dictionary of scientific biography Vol.6[M]．New York:Charles Scribne’s Sons，1972:51-52．
[7] 陈守洙，江之永．普通物理学[M]．北京：高等教育出版社，2008，158．[8] 杨锡震，田强．量子霍尔效应[J]．物理实验，2001，21（6）:3-7．
[9] 王世康．霍尔元件的特点及应用[J]．胜利油田师范专科学校学报，1988, （4）:19-21.
指导教师意见：

指导教师签名：

教研室意见：

签 名： 年 月 日

开 题 报 告 会 纪 要
时间
2012年12月24日
地点
三教104
与
会
人
员
姓 名
职务（职称）
姓 名
职务（职称）
姓 名
职务（职称）
孔永红
副教授
高海峡
讲师

尹鑫桃
讲师

钟峰
讲师

谭美华
讲师

会议记录摘要：
1．为什么要选这个题，有何意义？(孔永红老师)
答：大学课本上学过霍尔效应，对霍尔效应有兴趣，想对其进行深刻的研究。现在霍尔效应的应用很多，由此也可以了解到霍尔效应的用途。
2.霍尔效应有哪些应用？（高海峡老师）
答：测量磁场、测量半导体特性、磁流体发电、电磁无损探伤、霍尔传感器等。
3.霍尔效应怎么定义？（谭美华老师）
答：在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加磁场，就会在与电流和磁场两
者垂直的方向上产生电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。

会议主持人：
记 录 人：
　年　 月 日
指导小组意见

负责人签名：
年 月 日
系部 意 见

负责人签名：
年 月 日
注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份
湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表
毕业论文（设计）题 目
浅谈霍尔效应及其应用
学生姓名
丁建文
学 号
200906001119
系 别
物理与电子工程
专 业
物理学
指导教师
尹鑫桃
检查日期
2013.4.8
指导教师检查情况记载及修改意见：
1、 初稿基本上完成了，而且完成比较好。正文中有些内容重复，应进行删减，重点介绍霍尔效应的原理。
2、 正文条理清楚，公式推导正确，结果合理。但需要有详细的推导过程。
3、 但在正文中公式顺序必须按章节统一标好。
4、 正文后参考文献还算比较规范，但必须写清楚页码。
5、 文献要求1-2篇英文文献
6、 论文要多读几遍，检查出论文中错误格式。并注意要采用正确的标点符号。
7、 论文中的引用要标明出处。
8、 论文参考文献要按照顺序标注。
9、 斟酌论文的逻辑性，连贯性，语句是否通顺等。论文格式要严格按照规范和要求来做。

签名：
注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。
湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表

毕业论文(设计)题目
浅谈霍尔效应及其应用
学生姓名
丁建文
学号
200906001119
专业班级
物理0901
指导教师
尹鑫桃
职称
讲师
系（教研室）
电子工程系
指导过程记录
指导内容
记录(一)

我们进行选题和老师教我们怎样查资料。

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录(二)

指导老师下达任务书和指导我们怎么写开题报告以及相关要求

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录（三)

检查论文的内容并加以指导

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录(四)

怎么获取论文的信息

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导过程记录
指导内容
记录(五)

对论文进行中期检查，指出论文中存在的问题

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录(六)

提议用公式编程器输入论文中的公式推导过程

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录(七)

检查论文初稿，给予论文写作模板，要求根据论文写作规范将论文进行修改

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
指导内容
记录(八)

检查论文初稿，给予论文写作模板，要求根据论文写作规范将论文进行修改

学 生 签 名： 201 年 月 日
指导教师签名： 201 年 月 日
答辩小组组长意见
(对情况是否属实做出意见)

组长(签名)： 201 年 月 日
注：本表与毕业论文一起装订存档。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表
论文题目
浅谈霍尔效应及其应用
作者姓名
丁建文
所属系、专业、年级
电子工程 系 物理学 专业 2009年级
指导教师
姓名、职称
尹鑫桃 讲师
字 数
13000
定稿日期
2013.5.10

中

文

摘

要

本文以霍尔效应的发展过程为线索，从不同种载流子的经典霍尔效应出发，系统阐述了霍尔效应的原理、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应，同时介绍了我国在这方面研究的最新进展以及应用。用半导体材料制成的霍尔元件具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，将其广泛应用于电磁测量、非电量测量、自动控制、计算与通讯装置中。最后本文还介绍了霍尔效应的五个应用，分别是测量磁场，测量半导体特性，磁流体发电，电磁无损探伤，霍尔传感器。

关键词
（3-5个）
霍尔效应 霍尔传感器 量子霍尔效应

英

文

摘

要

The theory of Hall effect and integer quantum and fractional quantum Hall effect are presented from the historical development of Hall effect and classical Hall effect on different carriers in this paper. Latest progress and applications of our country are also summarized. Hall components made of semiconductor have many advantages such as sensitivity to magnetic field, simple structure, small volume, wide frequency response, great variation in the output voltage and long life. Therefore, they are widely used in electromagnetic measurement, non-electricity measurement, automatic control, computing and communication devices. At the end five applications of Hall effect have been introduced in this paper. They are magnetic field measurement, semiconductor characteristics measurement, Magneto- hydrodynamic (MHD) generation, electromagnetic nondestructive flaw detection, Hall sensors.

关键词
(3-5个)
Hall Effect Hall sensor Quantum Hall effect
指导教师评定成绩
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
指导教师
实评分
选题质量25%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。
10

理论意义或
实际价值
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。
10

选题恰当
题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。
5

能力水平40%
查阅文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。
10

综合运用
知识能力
能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。
10

研究方案的
设计能力
整体思路清晰；研究方案合理可行。
5

研究方法和手段的运用能力
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。
10

外文应用
能力
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。
5

论文质量35%
文题相符
较好地完成论文选题的目的要求。
5

写作水平
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。
15

写作规范
符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。
10

论文篇幅
10000字左右。
5

实评总分 成绩等级

指导教师评审意见：

指导教师签名：
说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
评阅教师评定成绩
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
评阅教师
实评分
选题质量25%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。
10

理论意义或
实际价值
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。
10

选题恰当
题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。
5

能力水平40%
查阅文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。
10

综合运用
知识能力
能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。
10

研究方案的
设计能力
整体思路清晰；研究方案合理可行。
5

研究方法和手段的运用能力
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。
10

外文应用
能力
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。
5

论文质量35%
文题相符
较好地完成论文选题的目的要求。
5

写作水平
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。
15

写作规范
符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。
10

论文篇幅
10000字左右。
5

实评总分 成绩等级

评阅教师评审意见：

评阅教师签名：
说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表
论文题目
浅谈霍尔效应及其应用
作者姓名
丁建文
所属系、专业、年级
电子工程系 物理学专业 2009年级
指导教师
姓名、职称
尹鑫桃，讲师
答 辩 会 纪 要
时间
2013年5月18日
地点
三教104
答
辩
小
组
成
员
姓 名
职务（职称）
姓 名
职务（职称）
姓 名
职务（职称）
孔永红
副教授
高海峡
讲师

尹鑫桃
讲师

谭美华
讲师

钟峰
讲师

答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：
1. 霍尔元件体积可以很小吗？（高海峡老师）
答：霍尔元件制作可以制作的很小，这样不仅可以节省材料还可以利于微型化。

2. 霍尔元件是金属材料还是半导体材料？（钟峰老师）
答：霍尔电压公式中的霍尔系数其中为载流子的电量，为霍尔元件材料的单体体积中载流子数目，也称为载流子密度，越大，灵敏度就越高，一般金属中载流子密度很大，所以很小，而半导体中的载流子的密度比金属要小得多，故霍尔元件大多数为半导体。

3. 霍尔传感器的特点？（谭美华老师）
答：体积小，成本低，灵敏度高，性能可靠，频率响应宽，动态范围大等特点。

会议主持人：
记 录 人：
年 月 日

答
辩
小
组
意
见

评语：

评定等级：
负责人（签名）： 年 月 日

系
学
位
委
员
会
意
见

评语：

论文（设计）最终评定等级：
负责人（签名）： 系部（公章） 年 月 日

校
学
位
委
员
会
意
见

评语：

评定等级：
负责人（签名）： 年 月 日

目 录

绪论 1
1 经典霍尔效应 3
1.1 初步的实验 3
1.2 成功的实验 4
1.3 霍尔效应的原理 5
2 量子霍尔效应 7
2.1 整数量子霍尔效应 7
2.2 分数量子霍尔效应 7
3 霍尔效应的应用 9
3.1 测量半导体特性 9
3.2 测量磁场 9
3.3 磁流体发电 9
3.4 电磁无损探伤 10
3.5 霍尔传感器 10
结论 13
参考文献 14
致 谢 15

浅谈霍尔效应及其应用

摘 要

本文以霍尔效应的发展过程为线索，从不同种载流子的经典霍尔效应出发，系统阐述了霍尔效应的原理、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应，同时介绍了我国在这方面研究的最新进展以及应用。用半导体材料制成的霍尔元件具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，将其广泛应用于电磁测量、非电量测量、自动控制、计算与通讯装置中。最后本文还介绍了霍尔效应的五个应用，分别是测量磁场，测量半导体特性，磁流体发电，电磁无损探伤，霍尔传感器。
【关键词】霍尔效应 霍尔传感器 量子霍尔效应

Introduction to Hall Effect and Its Application
Abstract
The theory of Hall effect and integer quantum and fractional quantum Hall effect are presented from the historical development of Hall effect and classical Hall effect on different carriers in this paper. Latest progress and applications of our country are also summarized. Hall components made of semiconductor have many advantages such as sensitivity to magnetic field, simple structure, small volume, wide frequency response, great variation in the output voltage and long life. Therefore, they are widely used in electromagnetic measurement, non-electricity measurement, automatic control, computing and communication devices. At the end five applications of Hall effect have been introduced in this paper. They are magnetic field measurement, semiconductor characteristics measurement, Magneto-hydrodynamic (MHD) generation, electromagnetic nondestructive flaw detection, Hall sensors.
【Key words】Hall Effect Hall sensor Quantum Hall effect
绪论
霍尔效应(Hall effect)作为一种磁电效应，它是1879年由美国物理学家霍尔(E.H.Hall)发现并以此命名的。因为半导体材料对霍尔效应比较明显，因此现在有各种各样的用半导体材料制成的霍尔元器件，使得霍尔效应的应用非常广泛。在近代，由于新型半导体材料和低维物理学的发展、新的极端物理条件(如超低温度和超强磁场等的应用)，使得凝聚态体系(特别是低维凝聚态体系)中的磁现象研究取得了许多突破性的进展。德国物理学家冯·克利青(Von Klitzing)因发现量子霍尔效应而荣获1985年度诺贝尔物理学奖；美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Tsui)、美籍德裔物理学家施特默(H.L.stormer)和美国物理学家劳克林(R.Laughlin)，因发现分数量子霍尔效应和对其进行的研究，而荣获1998年度诺贝尔物理学奖。量子霍尔效应的发现是新兴的低维凝聚态物理中的一个重大事件.在人工微结构材料之中，例如场效应中的反型层、半导体异质结等，薄层内电子被势垒限制在二维方向上运动，构成量子阱中的二维电子气。在二维电子气中发现了一系列特殊的性质，其中最重要的是量子霍尔效应，这也是国际学术界的研究热潮所在[1]。本文从经典的霍尔效应开始，系统地介绍霍尔效应的原理、发展历程及在实际中的应用,并展望其未来的发展。
一般而言，金属和电解质的霍尔系数很小，霍尔效应不显著，半导体的霍尔系数则大得多，霍尔效应显著。从20世纪60年代起，随着半导体材料和半导体工艺的飞速展，人们发现用半导体材料制成的霍尔元件具有对磁场敏感、结构简单而牢靠、成本低廉、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，将其广泛应用于电磁测量、非电量测量、自动控制、计算与通讯装置中。主要表现在以下几个方面：(1)测量磁场；(2)测量半导体特性；(3)磁流体发电；(4)电磁无损探伤；(5)霍尔传感器。
自从霍尔效应被发现100多年以来，它的应用经历了三个阶段:第一阶段是从霍尔效应的发现到20世纪40年代前期。最初由于金属材料中的电子浓度很大，而霍尔效应十分微弱，所以没有引起人们的重视。这段时期也有人利用霍尔效应制成磁场传感器，但实用价值不大，到了1910年有人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适的材料，研究处于停顿状态。第二阶段是从20世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动了霍尔元件的发展，相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器。第三阶段是自 20 世纪 60 年代开始，随着集成电路技术的发展，出现了将霍尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入20世纪80年代，随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件从平面向三维方向发展， 出现了三端口或四端口固态霍尔传感器，实现了产品的系列化、加工的批量化、体积的微型化。霍尔集成电路出现以后，很快便得到了广泛应用[2]。
1 经典霍尔效应
霍尔在阅读麦克斯韦的《电和磁》一书的有关部分时，注意到其中的一段话：“必须小心地记住，作用在穿过磁力线的有电流流过的导体上的机械力，不是作用在电流上的，而是作用在流过电流的导体上的。”霍尔认为麦克斯韦这一论断与人们考虑这一情况时的直观推想是矛盾的。不带电流的导线不会受到磁的作用，而通有电流的导线所受的作用力与电流的大小成正比，而作用力的大小通常与金属丝的尺寸和材料是没有关系的。
恰好不久他又读到了瑞典物理学家Erik Edlund 1878年发表在《哲学杂志》上的一篇论文《单极感应》，在那里作者明确指出，磁场作用在一固定导体中的电流上，与它作用在自由移动的导体上是完全相同的。霍尔发现这两位物理学家的见解不同，于是请教了自己的导师罗兰教授。罗兰说他也曾怀疑过麦克斯韦论断的真实性，以前也为此仓促地做了一下实验，但没有成功。因为罗兰正忙于其他工作，没有打算立刻做进一步的研究。
1.1 初步的实验
霍尔和罗兰最初考虑：“如果在固定导体中的电流本身会受到磁场的作用，电流会被吸引到导体的一侧，因此所产生的电阻应当增加[3]。”霍尔设想如果将在磁场中的导线的截面做成三角形截面，并且旋绕导线时，有意识地使加上磁场力后，能将电流拖向金属丝截面的狭窄部分，这样应当能看到电阻的增加。他选择的金属丝为大约0.51 mm粗的银丝。将好几段较短的这种细丝从钢板上的三角孔中拔出，则其截面成为三角形，再将一段段短细丝焊接成约0.9 m长的一整根。将它绕在硬橡胶圆盘平面内的螺旋槽里(绕好后的金属丝形状像扁平的螺旋弹簧)，用粘合剂将金属丝固定在槽内，再用另一个硬橡胶圆盘将其盖上，这样准备好的线圈被压在电磁铁的两个磁极之间，电磁铁用20个本生电池供电，每4个串联为一组，5组相并联（本生电池是1843年由德国化学家本生(Robert Wilhelm Bunsen，1811-1899)发明的，以碳和锌为电极，用硫酸和硝酸做电解液，一个本生电池能产生约1.9 V左右的电动势），使磁力线与电流(在扁平“弹簧”的平面内)方向相垂直，电磁铁在放置螺旋银丝处的磁感应强度大约15000到20000倍的H(H为地磁场的水平分量)，用惠斯通电桥可以测出螺旋银丝电阻的百万分之一的变化[4]。
最初，他发现加上磁场后测得的电阻值有所增加，有一天，他忽然想到这可能是由于电磁铁的磁极将热量传给了螺旋金属丝，于是小心地排除了所有热效应的影响，原来观察到的电阻值增加的情况就完全消除了。从1879年10月7日起的5天时间内，他测量了大量的数据，主要是测量了加磁场与不加磁场、改变磁场方向的不同情况下的螺旋状金属丝的总电阻。测量结果显示:磁场的作用引起的平均变化大约为原电阻的1/5 000 000，因而可以认为磁场没有引起螺旋银丝的电阻发生变化[5]。
霍尔认为，尽管该螺旋银丝的电阻在磁场的作用下没有发生改变，但还不足以说明磁场对电流没有影响。他设想磁场有可能使电流产生朝着导线一侧偏转的趋势，但又不能真正偏转。沿着这样的思路，他想到应当测量导体两侧对应点之间的电势差。
接着，他重复了罗兰以前的实验，将一个金属圆盘放在电磁铁的两极之间，使圆盘平面垂直于磁力线方向，使电流沿圆盘的一条直径流过。用灵敏电流计的两输入端与圆盘的不同部分相连通，通过它监测电流的大小，在电磁铁未通电时找到两个几乎等电位的点，此时检流计几乎无电流流过，接通励磁电流后，重新观察检流计，以便检测出这两个输入端间电势的变化,这次实验仍然没有给出正面的结果。
1.2 成功的实验
实验失败以后，霍尔作了认真的思考。当时经典电子论还没有建立，他就将电流类比为水流，假定人们使某种东西靠近通有水流的一根管子，这种东西具有吸引水流的作用。水会明显地压向这一侧的管壁，但是不会被压缩，它不能沿着压力的方向运动，结果只能是简单的压力变化。如果沿管子的直径(在沿着压力的方向上)打一个通孔，这样得到的管壁两侧的两个小孔用另一根细管子连起来，将有水从靠近有吸引力物体的那个小孔流出，而从对面的小孔内流入。同样假定具有吸引力的物体作用在沿一个方向流动的电流上，在垂直于这一电流的方向的两侧对应点上，是否会有电流流过呢?
霍尔将自己的考虑向罗兰教授作了说明，罗兰建议他试一试自己以前做过的实验。霍尔根据罗兰的建议，用安装在玻璃板上的金箔窄条，按照上面的思路实验，在10月28日获得了磁作用的效果，检流计指针有明显的偏转。图1为霍尔亲手绘制的实验装置示意图

图1 霍尔亲手绘制的实验装置图
他将一条宽约2 cm、长约9 cm的