Холла эффект

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
ХА ХВ ХД ХЕ ХЁ ХИ ХЛ ХМ ХН ХО ХР ХТ ХУ ХШ ХЫ ХЬ ХЭ ХЮ ХЯ
ХОА
ХОБ
ХОВ
ХОГ
ХОД
ХОЖ
ХОЗ
ХОЙ
ХОК
ХОЛ
ХОМ
ХОН
ХОО
ХОП
ХОР
ХОС
ХОТ
ХОУ
ХОФ
ХОХ
ХОШ

Холла эффект, появление в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле Н, электрического поля Ex, перпендикулярного Н и I. Напряжённость электрического поля (поля Холла) равна: Ex = Rhjsin a,     (1)

Рис. к ст. Холла эффект. Холла эффект.

Рис. к ст. Холла эффект.

где a угол между векторами Н и f (a < 180°). Если H^j, то величина поля Холла Ex максимальна: Ex = RHj. Величина R, называется коэффициентом Холла, является основной характеристикой Холла эффект Эффект открыт Э. Г. Холлом в 1879 в тонких пластинках золота. Для наблюдения Холла эффект вдоль прямоугольных пластин из исследуемых веществ, длина которых l значительно больше ширины b и толщины d, пропускается ток I = jbd (см. рис.); магнитное поле перпендикулярно плоскости пластинки. На середине боковых граней, перпендикулярно току, расположены электроды, между которыми измеряется эдс Холла Vx. Vx = Exb = RHj/d.     (2)

  Т. к. эдс Холла меняет знак на обратный при изменении направления магнитного поля на обратное, то Холла эффект относится к нечётным гальваномагнитным явлениям.

Простейшая теория Холла эффект объясняет появление эдс Холла взаимодействием носителей тока (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. Под действием электрического поля носители заряда приобретают направленное движение (дрейф), средняя скорость которого (дрейфовая скорость) vдр¹ 0. Плотность тока в проводнике j = n×evдр, где n — концентрация числа носителей, e — их заряд. При наложении магнитного поля на носители действует Лоренца сила: F = е [Нvдр], под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном vдр и Н. В результате в обеих гранях проводника конечных размеров происходит накопление заряда и возникает электростатическое поле — поле Холла. В свою очередь поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. В условиях равновесия eEx = eHvдр, , отсюда R = 1/ne см3/кулон. Знак R совпадает со знаком носителей тока. Для металлов, у которых концентрация носителей (электронов проводимости) близка к плотности атомов (n» 1022 см-3), R ~ 10-3см3/кулон, у полупроводников концентрация носителей значительно меньше и R~10-5см3/кулон. Коэффициент Холла R может быть выражен через подвижность носителей заряда m = еt/m* и удельную электропроводность s = j/E = envдрЕ: R = m/s.     (3)

  Здесь m*— эффективная масса носителей, tсреднее время между 2 последовательными соударениями с рассеивающими центрами.

  Иногда при описании Холла эффект вводят угол Холла j между током j и направлением суммарного поля Е: tgj = Ex/E = Wt, где Wциклотронная частота носителей заряда. В слабых полях (Wt << 1) угол Холла j»Wt можно рассматривать как угол, на который отклоняется движущийся заряд за время t. Приведённая теория справедлива для изотропного проводника (в частности, для поликристалла), у которого m* и t — постоянные величины. Коэффициент Холла (для изотропных полупроводников) выражается через парциальные проводимости sэ и sд и концентрации электронов nэ и дырок nд:        (4)

  При nэ= nд= n для всей области магнитных полей , а знак R указывает на преобладающий тип проводимости.

  Для металлов величина R зависит от зонной структуры и формы Ферми поверхности. В случае замкнутых поверхностей Ферми и в сильных магнитных полях (Wt >> 1) коэффициент Холла изотропен, а выражения для R совпадают с формулой 4, б. Для открытых поверхностей Ферми коэффициент R анизотропен. Однако, если направление Н относительно кристаллографических осей выбрано так, что не возникает открытых сечений поверхности Ферми, то выражение для R аналогично 4, б.

  В ферромагнетиках на электроны проводимости действует не только внешнее, но и внутреннее магнитное поле: В = Н + 4pМ. Это приводит к особому ферромагнитному Холла эффект Экспериментально обнаружено, что Ex= (RB + RaM) j, где R — обыкновенный, a Ra — необыкновенный (аномальный) коэффициент Холла. Между Raи удельным электросопротивлением ферромагнетиков установлена корреляция.

  Исследования Холла эффект сыграли важную роль в создании электронной теории твёрдого тела. Холла эффект — один из наиболее эффективных современных методов изучения энергетического спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей и оценить их концентрацию, а также часто сделать заключение о количестве примесей в веществе, например в полупроводнике. Он имеет также ряд практических применений: используется для измерения напряжённости магнитного поля (см. Магнитометр), усиления постоянных токов (в аналоговых вычислительных машинах), в измерительной технике (бесконтактный амперметр) и т.д. (подробно см. Холла эдс датчик).

 

  Лит.: Hall Е. Н., On the new action of magnetism on a permanent electric current, «The Philosophical Magazine», 1880, v. 10, p. 301; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Займан Дж., Электроны и фононы. Теория явлений переноса в твердых телах, пер. с англ., М., 1962; Вайсс Г., физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение, пер. с нем., М., 1974; Ангрист Ст., Гальваномагнитные и термомагнитные явления, в сборнике: Над чем думают физики, в. 8. Физика твёрдого тела. Электронные свойства твёрдого тела, М., 1972, с. 45—55.

  Ю. П. Гайдуков.

Так же Вы можете узнать о...


Щелевая антенна ,антенна, выполненная в виде металлического радиоволновода, жёсткой коаксиальной линии, объёмного резонатора или плоского металлического листа (экрана), в проводящей поверхности которых прорезаны отверстия (щели), служащие для излучения (или приёма) радиоволн.
Армяно-григорианская церковь, см. Армянская апостольская церковь.
Вариометр гравитационный, см. Гравитационный вариометр.
Горская Автономная Советская Социалистическая республика (ГАССР), советская автономия народов бывшей Терской и части Кубанской (Карачай) областей в 1921—24.
Зейн-оль-Абедин Мерагеи, Зайн ал-Абидин Марагаи (1838—1910), иранский писатель-просветитель.
Коагулятор, 1) то же, что коагулянт (см. Коагулянты).
Лифшиц Илья Михайлович [р. 31.12.1916 (13.1.
Наалларбор (Nullarbor Plain, буквально — безлесная равнина), равнина на Ю.
Перилловое масло, растительное жирное масло, получаемое из семян масличного растения Perilla ocymoides.
Риека (Rijeka), город в Югославии, в Социалистической Республике Хорватии, на побережье Адриатического моря, в северной части Риекского залива.
Сремска-Митровица, город в Югославии, в Социалистической Республике Сербии, в южной части социалистического автономного края Воеводина.
Уральский политехнический институт им. С. М.