Што такое эфект Хола

Калі спытаць чалавека, знаёмага з фізікай на ўзроўні толькі базавых ведаў пра тое, што такое эфект Хола і дзе ён ужываецца, адказу можна не атрымаць. Дзіўна, але ў рэаліях сучаснага свету такое адбываецца даволі часта. На самай справе эфект Хола выкарыстоўваецца ў многіх электратэхнічных прыладах. Да прыкладу, некалі папулярныя кампутарныя дыскаводы для дыскет вызначалі пачатковае становішча рухавіка з дапамогай генератараў Хола. Адпаведныя датчыкі «перавандравалі» і ў схемы сучасных прывадаў для кампакт-дыскаў (як CD, так і DVD). Акрамя таго, вобласці прымянення ўключаюць у сябе не толькі розныя вымяральныя прыборы, але нават генератары электрычнай энергіі, заснаваныя на пераўтварэнні цяпла ў струмень зараджаных часціц пад дзеяннем магнітнага поля (МГД).

Эдвін Герберт Хол ў 1879 годзе, праводзячы досведы з якая праводзіць пласцінай, выявіў беспадстаўная, на першы погляд, з'ява ўзнікнення патэнцыялу (напружання), пры ўзаемадзеянні электрычнага току і магнітнага поля. Але пра ўсё па парадку.

Давайце зробім невялікі разумовы эксперымент: возьмем металічную пласціну і прапусцім па ёй электрычны ток. Далей змесцім яе ў вонкавым магнітным полі такім чынам, каб лініі напружанасці поля былі арыентаваны перпендыкулярна плоскасці якая праводзіць пласціны. У выніку на гранях (папярок кірунку току) паўстане рознасць патэнцыялаў. Гэта і ёсць эфект Хола. Прычынай яго з'яўлення служыць вядомая сіла Лорэнца.

Існуе спосаб вызначыць значэнне які ўзнікае напружання (часам званага патэнцыялам Хола). Агульны выраз набывае выгляд:

Uh = Eh * H,

дзе H - таўшчыня пласціны; Eh - напружанасць вонкавага поля.

Так як патэнцыял ўзнікае дзякуючы пераразмеркаванню носьбітаў зарадаў ў правадыру, то ён абмежаваны (працэс не працягваецца бясконца). Папярочны перасоўванне зарадаў спыніцца ў той момант, калі значэнне лоренцовой сілы (F = q * v * B) зраўнуецца з процідзеяннем q * Eh (q - зарад).

Так як шчыльнасць току J роўная твору канцэнтрацыі зарадаў, іх хуткасці і адзінкавага значэння q, гэта значыць

J = n * q * v,

адпаведна,

v = J / (q * n).

Адсюль вынікае (звязаўшы формулу з напружанасцю):

Eh = B * (J / (q * n)).

Аб'яднаем ўсё вышэйсказанае і вызначым патэнцыял хола праз значэнне зарада:

Uh = (J * B * H) / n * q).

Эфект Хола дазваляе сцвярджаць, што часам у металах назіраецца ня электронная, а дзіркавы праводнасць. Да прыкладу, гэта кадмій, берылій і цынк. Вывучаючы эфект Хола ў паўправадніках, ніхто не сумняваўся, што носьбіты зараду - «дзіркі». Аднак, як ужо было паказана, гэта дастасавальна і да металаў. Лічылася, што пры размеркаванні зарадаў (фарміраванні патэнцыялу Хола) агульны вектар будзе ўтвораны электронамі (адмоўны знак). Аднак атрымлівалася, што ў поле ток ствараюць зусім не электроны. На практыцы дадзенай ўласцівасць выкарыстоўваецца для вызначэння шчыльнасці носьбітаў зараду ў полупроводящем матэрыяле.

Не менш вядомы квантавы эфект Хола (1982 год). Ён уяўляе сабой адно з уласцівасцяў праводнасці двухмернага электроннага газу (часціцы могуць свабодна перамяшчацца толькі ў двух кірунках) ва ўмовах звышнізкіх тэмператур і высокіх знешніх магнітных палёў. Пры вывучэнні дадзенага эфекту было адкрыта існаванне «дробность». Складалася ўражанне, што зарад фармуецца не адзінкавымі носьбітамі (1 + 1 + 1), а складовымі часткамі (1 + 1 + 0.5). Аднак аказалася, што ніякія законы не парушаюцца. У адпаведнасці з Прынцыпам Паўлі, вакол кожнага электрона ў магнітным полі ствараецца своеасаблівы віхор з квантаў самага патоку. З павелічэннем інтэнсіўнасці поля ўзнікае сітуацыя, калі адпаведнасць «адзін электрон = адзін віхор» перастае выконвацца. На кожную часціцу даводзіцца некалькі квантаў магнітнага патоку. Гэтыя новыя часціцы як раз і з'яўляюцца прычынай дробавага выніку пры эфекце Хола.