Vad är Hall Effect?

Om du frågar en person som är bekant med fysiken på nivå med endast grundläggande kunskaper om vad Hall-effekten är och där den appliceras, kan du inte få svar. Överraskande händer detta ganska ofta i den moderna världens realiteter. Faktum är Hall-effekten används i många elektriska apparater. Till exempel bestämde de enstaka dators floppy disk-enheter startpositionen hos motorn med hjälp av Hall-generatorer. De motsvarande sensorerna "migrerades" till systemen för moderna enheter för CD-skivor (både CD och DVD). Dessutom omfattar tillämpningsområdena inte bara olika mätinstrument, utan även elektriska energiproducenter baserade på omvandling av värme till ett flöde av laddade partiklar under verkan av ett magnetfält (MHD).

Edwin Herbert Hall 1879, som utförde experiment med en ledande platta, upptäckte en oövervakad, vid första anblicken fenomenet av utseendet av en potential (spänning), i växelverkan mellan en elektrisk ström och ett magnetfält. Men om allt i ordning.

Låt oss göra ett litet mentalt experiment: Ta en metallplatta och låt den strömma elektrisk ström. Därefter placerar vi det i ett externt magnetfält på ett sådant sätt att fältstyrkan är orienterad vinkelrätt mot den ledande plattans plan. Som ett resultat uppträder en potentiell skillnad på ansikten (över strömriktningen) . Detta är Hall-effekten. Anledningen till hans utseende är den berömda Lorentz-kraften.

Det finns ett sätt att bestämma värdet på den resulterande spänningen (ibland kallad Hall potential). Det allmänna uttrycket har formen:

Uh = Eh * H,

Där H är plåttjockleken; Eh är den externa fältstyrkan.

Eftersom potentialen härrör från omfördelningen av laddningsbärare i en ledare är den begränsad (processen fortsätter inte i obestämd tid). Den tvärgående förskjutningen av laddningen stannar vid det ögonblick då Lorentz-kraften (F = q * v * B) utjämnas med motverkan q * Eh (q är laddningen).

Eftersom strömtätheten J är lika med produkten av koncentrationen av laddningar, är deras hastighet och enhetsvärde q, det vill säga,

J = n * q * v,

respektive,

V = J / (q * n).

Detta innebär (genom att relatera formeln till styrkan):

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

Kombinera alla ovanstående och bestämma Hall potential genom värdet av laddningen:

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

Hall-effekten tillåter oss att ange att ibland i metaller, inte elektroniska, men hålledningsförmåga observeras. Till exempel är detta kadmium, beryllium och zink. Studier av Hall-effekten i halvledare betvivlade ingen att laddningsbärare är "hål". Men som redan angetts gäller detta metaller. Man trodde att vid fördelningen av laddningar (bildning av Hall-potentialen) kommer den gemensamma vektorn att bildas av elektroner (negativt tecken). Det visade sig dock att elektroner inte skapas i fältet alls. I praktiken används denna egenskap för att bestämma tätheten hos laddningsbärare i ett halvledande material.

Inte mindre känt är kvanthallen effekten (1982). Det är en av egenskaperna hos en tvådimensionell elektrondas ledningsförmåga (partiklarna kan rör sig fritt endast i två riktningar) under förhållanden med ultraljudstemperaturer och höga yttre magnetfält. När man studerade denna effekt upptäcktes förekomsten av "fraktionalitet". Man får intrycket att laddningen bildas inte av enskilda bärare (1 + 1 + 1), men av beståndsdelar (1 + 1 + 0,5). Det visade sig dock att inga lagar bryts. I enlighet med Pauli-principen skapas runt varje elektron i ett magnetfält en egen vortex från kvantiteten av flödet själv. Med ökande intensitet i fältet uppstår en situation där korrespondensen "en elektron = en virvel" upphör att uppfyllas. Varje partikel har flera magnetiska flödesmängder. Dessa nya partiklar är just orsaken till det fraktionerade resultatet med Hall-effekten.