Гальваномагнитные явления

Большая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.


А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я 1 2 3 4 8 A L M P S T X
ГА ГБ ГВ ГД ГЕ ГЁ ГЖ ГЗ ГИ ГЛ ГМ ГН ГО ГП ГР ГС ГУ ГХ ГЫ ГЬ ГЭ ГЮ ГЯ
ГАА
ГАБ
ГАВ
ГАГ
ГАД
ГАЕ
ГАЗ
ГАИ
ГАЙ
ГАК
ГАЛ
ГАМ
ГАН
ГАО
ГАП
ГАР
ГАС
ГАТ
ГАУ
ГАФ
ГАХ
ГАЦ
ГАШ
ГАЭ
ГАЮ
ГАЯ

Гальваномагнитные явления, совокупность явлений, связанных с действием магнитного поля на электрические (гальванические) свойства твёрдых проводников (металлов и полупроводников), по которым течёт ток. Наиболее существенны Гальваномагнитные явления в магнитном поле Н, перпендикулярном току (поперечные Гальваномагнитные явления). К ним относится эффект Холла — возникновение разности потенциалов (эдс Холла Vh) в направлении, перпендикулярном полю Н и току j (jплотность тока), и изменение электрического сопротивления проводника в поперечном магнитном поле. Разность Dr между сопротивлением r проводника в магнитном поле и без поля часто называется магнетосопротивлением.

  Мерой эффекта Холла служит постоянная Холла:  

  Здесь d — расстояние между электрическими контактами, с помощью которых измеряют эдс Холла. Постоянная Холла в широких пределах не зависит от величины магнитного поля (а для металлов и от температуры). Линейная зависимость VH от магнитного поля Н используется для измерения магнитных полей (см. Магнитометр).

  В электронных проводниках, в которых ток переносится «свободными» электронами (электронами проводимости), согласно простейшим представлениям, постоянная Холла выражается через число электронов проводимости n в см3. R = 1/nec (е — заряд электрона, с — скорость света). Поэтому измерение R служит одним из основных методов оценки концентрации электронов проводимости n в электронных проводниках. У электронных проводников R имеет знак минус. У полупроводников с дырочной проводимостью и у некоторых металлов постоянная Холла имеет знак плюс, соответствующий положительно заряженным носителям тока — дыркам (см. Твёрдое тело). Т. к. эдс Холла меняет знак при изменении направления магнитного поля на обратное, то эффект Холла называется нечётным Гальваномагнитные явления

  Относительное изменение сопротивления в поперечном поле (Dr/r)^, в обычных условиях (при комнатной температуре) очень мало: у хороших металлов (Dr/r)^ ~ 10-4 при H ~ 104 э. Важным исключением является висмут (Bi), у которого (Dr/r)^» 2 при Н = 3 · 104э. Это позволяет его использовать для измерения магнитного поля. У полупроводников изменение сопротивления несколько больше, чем у металлов: (Dr/r)^» 10-2—10-1 и существенно зависит от концентрации примесей в полупроводнике и от температуры. Например, у достаточно чистого германия (Dr/r)^» 3 при Т = 90 К и H = 1,8 · 10-4э.

  Понижение температуры и увеличение магнитного поля приводят к увеличению (Dr/r)^. П. Л. Капица (1929), используя магнитные поля в несколько сот тысяч э и сравнительно низкие температуры (температура жидкого азота), обнаружил существенное увеличение сопротивления большого числа металлов и показал, что в широком интервале магнитных полей (Dr/r)^ линейно зависит от магнитного поля (закон Капицы).

  В слабых магнитных полях (Dr/r)^ пропорционально H2. Коэффициент пропорциональности между (Dr/r)^ и H2 положителен, т. е. сопротивление растет с увеличением магнитного поля. Изменение сопротивления в магнитном поле называется чётным Гальваномагнитные явления, т. к. (Dr/r)^ не изменяет знак при изменении направления поля Н на обратное.

  Так как сопротивление весьма чувствительно к качеству образца (к количеству примесей и дефектов кристаллической решётки), а также к температуре, то каждое измерение приводит к новой зависимости r от Н. Имеющиеся экспериментальные данные для металлов удобно описывать, выразив (Dr/r)^ в виде функции от Нэф = Hr300/r, где r300 — сопротивление данного металла при комнатной температуре (Т = 300К), а r — при температуре эксперимента. При этом различные данные, относящиеся к одному металлу, укладываются на одну кривую (правило Колера).

  Основная причина Гальваномагнитные явления —искривление траекторий носителей тока (электронов проводимости и дырок) в магнитном поле (см. Лоренца сила). Траектория носителей в магнитном поле может существенно отличаться от траектории свободного электрона в магнитном поле — круговой спирали, навитой на магнитную силовую линию. Разнообразие траекторий носителей тока у различных проводниковпричина разнообразия Гальваномагнитные явления, а зависимость траектории от направления магнитного поля — причина анизотропии Гальваномагнитные явления в монокристаллах. Мерой влияния магнитного поля на траекторию электрона является отношение длины свободного пробега l электрона к радиусу кривизны его траектории в поле Н: rн= cp/eH (р — импульс электрона). По отношению к Гальваномагнитные явления магнитное поле считают слабым, если Н £Но = el/cp, и сильным, если Н³ Н0.

При комнатных температурах для различных металлов и хорошо проводящих полупроводников H0 ~ 105—107э, для плохо проводящих полупроводников Н0~108—109э. Понижение температуры увеличивает длину пробега l и потому уменьшает значение H0. Это позволяет, используя низкие температуры и обычные магнитные поля (~104э), осуществлять условия, соответствующие сильному полю Н>> Н0.

Измерение сопротивления монокристаллических образцов металлов в сильных магнитных полях — один из важных методов изучения металлов. Исследуется зависимость сопротивления от величины магнитного поля и его направления относительно кристаллографических осей. Теория Гальваномагнитные явления показала, что зависимость сопротивления от поля Н существенно связана с энергетическим спектром электронов. Резкая анизотропия сопротивления в сильных магнитных полях (у Au, Ag, Cu, Sn и др.) означает существ, анизотропию Ферми поверхности. И, наоборот, небольшая анизотропия сопротивления в магнитном поле означает практическую изотропию поверхности Ферми. При этом, если с ростом магнитного поля для всех направлений rне стремится к насыщению (Bi, As и др.), то электроны и дырки содержатся в проводниках в равных количествах. Стремление сопротивления к насыщению означает, что преобладают либо электроны, либо дырки (тип носителей может быть установлен по знаку постоянной Холла).

  Наряду с поперечными Гальваномагнитные явления наблюдается также небольшое изменение сопротивления металлов в магнитном поле, параллельном току I: (Dr/r)||, наз. продольным гальваномагнитным эффектом. В сильных магнитных полях обнаруживаются квантовые эффекты, проявляющиеся в немонотонной (осциллирующей) зависимости постоянной Холла и сопротивления от поля Н.

При изучении Гальваномагнитные явления в тонких плёнках и проволоках имеет место зависимость (Dr/r)^ и (Dr/r)|| от размеров и формы образца (размерные эффекты). С ростом Н при rn£d (d — наименьший размер образца) эта зависимость исчезает. В ферромагнитных металлах и полупроводниках (ферритах) Гальваномагнитные явления обладают рядом специфических особенностей, обусловленных существованием самопроизвольной намагниченности в отсутствие магнитного поля. Например, эдс Холла в ферромагнетиках зависит не только от среднего поля Н в образце, но и от намагниченности, сопротивление в слабых полях иногда убывает (см. Ферромагнетизм, Холла эффект).

 

  Лит.: Лифшиц И. М., Каганов М. И., Некоторые вопросы электронной теории металлов, «Успехи физических наук», 1965, т. 87, в. 3; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966

  М. И. Каганов.

Так же Вы можете узнать о...


Тбилисский Русский драматический театр им. А.
Аспирация (от лат. aspiratio — вдыхание),
Залеман Карл Германович [28.12.1849(9.1.1850), Таллин, — 30.
Молоков Василий Сергеевич [р. 1(13).2.1895, с.
Синхронный телеграфный аппарат, телеграфный аппарат, характеризующийся непрерывной работой передатчика и приёмника (независимо от наличия информации).
Эффузивные горные породы, излившиеся горные породы, магматические горные породы, образовавшиеся при застывании лавы на поверхности Земли или в толще земной коры в приповерхностных условиях; значительная часть Э.
Гудеа, правитель города-государства Лагаш в Шумере в 22 в.
Лобачевский Николай Иванович [20.11(1.12).1792, Нижний Новгород, ныне г.
Реактивные масла, группа авиационных моторных масел, используемых для смазки турбореактивных и турбовинтовых двигателей.
Церковные крестьяне, категория феодально-зависимых крестьян в России 11—18 вв.
Воробьёв Аркадий Никитич (р. 3.10.1924, с. Мордово Тамбовской области), советский спортсмен (тяжелоатлет), заслуженный мастер спорта (1952), заслуженный тренер СССР (1964).
Концентрационные элементы, концентрационные цепи, один из видов гальванических элементов.
Пинд (Pindos), горы на З. Балканского полуострова, в Греции (северного предгорья в Албании).
Ульянов Николай Павлович [19.4(1.5).1875, Елец, — 5.
Бобровников Алексей Александрович [1821 или 1822, Иркутск, — 8(20).