Što je Hall efekt?

Ako pitate osobu koja je upoznata s fizikom na razini samo osnovnog znanja o tome što je učinak Halla i gdje se primjenjuje, ne možete dobiti odgovor. Iznenađujuće, u stvarnosti suvremenog svijeta to se događa vrlo često. U stvari, efekt Hall koristi se u mnogim električnim uređajima. Na primjer, nekad su popularni disketi za računala odredili početni položaj motora uz pomoć generatora Hall. Odgovarajući senzori "migrirali" u sheme suvremenih diskova za CD (oba CD i DVD). Osim toga, područja primjene obuhvaćaju ne samo različite mjerne instrumente, već čak i električne generatore temeljene na pretvorbi topline u tok nabijenih čestica pod djelovanjem magnetskog polja (MHD).

Edwin Herbert Hall, 1879., provodeći eksperimente s pokrovnom pločom, otkrili su, na prvi pogled, neopravdani fenomen pojave potencijala (napona), interakcije električne struje i magnetskog polja. Ali o svemu u redu.

Učinimo malo mentalnog eksperimenta: uzmi metalnu ploču i neka pusti električnu struju. Dalje, stavljamo je van magnetsko polje tako da linije snage polja bili usmjereni okomito na ravninu vodljive ploče. Kao rezultat, na licima (preko smjer struje) postoji potencijalna razlika. Ovo je učinak Hall. Razlog za njegov nastup je poznato sila Lorentza.

Postoji način određivanja vrijednosti nastalog napona (ponekad se naziva potencijal Hall-a). Opći izraz ima oblik:

UH = Eh * H,

gdje je H debljina ploče, Eh je vanjska snaga polja.

Budući da je potencijal nastao zbog preraspodjele nosača naboja u vodiču, ograničen je (proces se neprestano nastavlja). Poprečni pomak napona se zaustavlja u trenutku kada je vrijednost Lorentzove sile (F = q * v * B) izjednačena s protutežom q * Eh (q je naboj).

jer gustoća struje J je jednak produktu koncentracije naboja, njihovoj brzini i jedinici vrijednosti q, to ​​jest,

J = n * q * v,

odnosno,

v = J / (q * n).

To podrazumijeva (povezujući formulu sa snagom):

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

Kombinirajte sve gore navedene i odredite potencijal Halla kroz vrijednost naplate:

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

Djelovanje Hall-a omogućuje nam da navedemo da ponekad u metalima, a ne elektronskom, ali se promatra vodljivost otvora. Na primjer, to je kadmij, berilij i cink. Proučavajući djelovanje Hallova u poluvodičima, nitko nije sumnjao da su nosači naboja "rupe". Međutim, kao što je već naznačeno, ovo se odnosi na metale. Vjerovalo se da će u raspodjeli naboja (stvaranje potencijala Hall) zajednički vektor biti formiran pomoću elektrona (negativni znak). Međutim, ispostavilo se da elektroni uopće nisu stvoreni na polju. U praksi, ovo svojstvo koristi se za određivanje gustoće nosača punjenja u poluvodičkom materijalu.

Ni manje poznato je kvantni učinak Hall (1982). To je jedno od svojstava vodljivosti dvodimenzionalnog plina (čestice se mogu slobodno kretati samo u dva smjera) u uvjetima ultraljubičnih temperatura i visokih vanjskih magnetskih polja. Prilikom proučavanja tog učinka otkriveno je postojanje "frakcije". Utisnuto je da naboj ne tvore pojedinačni nosači (1 + 1 + 1), već sastavni dijelovi (1 + 1 + 0.5). Međutim, ispostavilo se da nikakvi zakoni nisu povrijeđeni. U skladu s Načelo Pauli, oko svakog elektrona u magnetskom polju nastaje neobičan vrtlog iz kvage samog toka. S porastom intenziteta polja dolazi do situacije gdje dopisivanje "jedan elektron = jedan vrtlog" prestaje biti zadovoljan. Svaka čestica ima nekoliko kande magnetskog toka. Ove nove čestice upravo su uzrok djelovanja frakcije s Hallovim učinkom.