Kaj je Hallov učinek?

Če vprašate osebo, ki je znana fizika na ravni samo osnovnega znanja o tem, kakšen je učinek Hall in kje se uporablja, ne morete odgovoriti. Presenetljivo je, da se v realnostih sodobnega sveta to pogosto dogaja. Dejansko se učinek Hall uporablja v številnih električnih napravah. Na primer, nekoč priljubljeni računalniški disketni pogoni so določili začetni položaj motorja s pomočjo generatorjev Hall. Ustrezni senzorji so "migrirali" na sheme sodobnih pogonov za CD-je (CD in DVD). Poleg tega področja uporabe ne vključujejo le različnih merilnih instrumentov, temveč tudi generatorjev električne energije, ki temelji na pretvorbi toplote v tok polnjenih delcev pod delovanjem magnetnega polja (MHD).

Edwin Herbert Hall leta 1879, ki je izvajal poskuse z prevodno ploščo, je na prvi pogled odkril neizkoriščen pojav na videz potencialne (napetosti) v interakciji električnega toka in magnetnega polja. Toda o vsem, kar je v redu.

Naredimo malo mentalnega poskusa: vzemite kovinsko ploščo in pustite, da teče električni tok. Nato smo ga postavili v zunanji magnetno polje tako da linije poljske jakosti so usmerjene pravokotno na ravnino prevodne plošče. Kot rezultat, na obrazih (čez smer toka) obstaja potencialna razlika. To je Hallov učinek. Razlog za njegov videz je dobro znan sila Lorentza.

Obstaja način določanja vrednosti nastale napetosti (včasih imenovanega potenciala Halla). Splošni izraz ima obliko:

Uh = Eh * H,

kjer je H debelina plošče, Eh je zunanja poljska jakost.

Ker potencial izhaja iz prerazporeditve nosilcev polnjenja v prevodniku, je omejen (proces se ne nadaljuje za nedoločen čas). Prečni premik stroškov se ustavi v trenutku, ko se vrednost sile Lorentz (F = q * v * B) izenači z nasprotjem q * Eh (q je naboj).

Odkar gostota toka J je enak produktu koncentracije naboja, njihovi hitrosti in vrednosti enote q, to ​​je,

J = n * q * v,

oziroma,

v = J / (q * n).

To pomeni (tako, da se formula poveča na moč):

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

Združite vse zgoraj naštete in določite potencial Halla skozi vrednost polnjenja:

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

Učinek Hall nam omogoča, da se včasih navede v kovinskih, ne pa elektronskih, ampak tudi prevodnih prevodnosti. Na primer, to so kadmij, berilij in cink. Študija Hallovega učinka v polprevodnikih, nihče ni dvomil, da so nosilci polnjenja "luknje". Vendar pa, kot je že navedeno, to velja za kovine. Domnevalo se je, da se pri porazdelitvi stroškov (tvorjenje potenciala Halla) elektroni oblikujejo v skupnem vektorju (negativni znak). Vendar pa se je izkazalo, da elektrone na tem področju sploh niso ustvarjene. V praksi se ta lastnost uporablja za določanje gostote nosilcev polnil v polprevodnem materialu.

Nič manj znanega je kvantni Hall učinek (1982). Je ena od lastnosti prevodnosti dvodimenzionalnega elektronskega plina (delci se lahko prosto gibljejo samo v dveh smereh) v pogojih ultralnih temperatur in visokih zunanjih magnetnih polj. Pri preučevanju tega učinka je bil odkrit obstoj "frakcionalnosti". Pojavilo se je, da naboj ne tvorijo enojni nosilci (1 + 1 + 1), temveč sestavine (1 + 1 + 0,5). Vendar pa se je izkazalo, da noben zakon ni kršen. V skladu z Načelo Paulija, okoli vsakega elektrona v magnetnem polju nastane poseben vrtinec iz kvante same toka. Z naraščajočo intenzivnostjo polja se pojavlja situacija, ko preneha izpolnjevanje korespondence "en elektron = en vrtinec". Vsak delec ima več kvantov magnetni tok. Ti novi delci so ravno vzrok za delni rezultat s Hallovim učinkom.