Kaj je Hallov učinek?

Če vprašate osebo, ki je znana fizika na nivoju samo osnovnega znanja o tem, kaj je učinek Hall in kje se uporablja, ne morete odgovoriti. Presenetljivo se to pogosto dogaja v realnostih sodobnega sveta. Dejansko se učinek Hall uporablja v številnih električnih napravah. Nekoliko priljubljeni računalniški disketni pogoni na primer določajo začetni položaj motorja s pomočjo generatorjev Hall. Ustrezni senzorji so "preselili" 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 temeljijo na pretvorbi toplote v tok polnjenih delcev pod delovanjem magnetnega polja (MHD).

Edwin Herbert Hall leta 1879, ki je izvajal poskuse s 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.

Poskusimo malo razmišljati o eksperimentu: vzemite kovinsko ploščico in pustite, da teče električni tok. Nato ga postavimo v zunanje magnetno polje tako, da so linije poljske jakosti usmerjene pravokotno na ravnino prevodne plošče. Posledično se na obrazih pojavijo potencialne razlike (v smeri toka) . To je Hallov učinek. Razlog za njegov videz je znana Lorentzova sila.

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 sila Lorentza (F = q * v * B) izenači z nasprotjem q * Eh (q je naboj).

Ker je trenutna gostota J enaka produktu koncentracije obremenitev, njihova hitrost in vrednost enote q, to je,

J = n * q * v,

Glede na to,

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 včasih opazimo, da včasih pri kovinah ne opazimo elektronike, temveč tudi prevodnost. Na primer, to so kadmij, berilij in cink. Študija Hallovega učinka v polprevodnikih, nihče ni dvomil, da so nosilci polnjenja "luknje". Vendar, kot je že navedeno, to velja za kovine. Verjel je, da se pri porazdelitvi stroškov (oblikovanje potenciala Halla) skupni vektor oblikuje z elektroni (negativen znak). Vendar pa se je izkazalo, da elektroni sploh niso ustvarjeni na polju. V praksi se ta lastnost uporablja za določanje gostote nosilcev polnjenja v polprevodniškem materialu.

Kvantni Hallov učinek (1982) ni nič manj znan. Je ena od lastnosti prevodnosti dvodimenzionalnega elektronskega plina (delci se lahko prosto gibljejo le v dveh smereh) v pogojih ultralnih temperatur in visokih zunanjih magnetnih polj. Pri preučevanju tega učinka je bil odkrit obstoj "frakcionalnosti". Zdi se, da se naboj ne tvorijo enojni nosilci (1 + 1 + 1), temveč sestavine (1 + 1 + 0,5). Vendar se je izkazalo, da noben zakon ni kršen. V skladu s Paulijevim načelom se okoli vsakega elektrona v magnetnem polju nastaja poseben vrtinec iz kvante same toka. Z naraščajočo intenzivnostjo polja se pojavlja situacija, kjer preneha izpolnjevanje korespondence "en elektron = en vrtinec". Vsak delec ima več kvantov magnetnega pretoka. Ti novi delci so ravno vzrok za delni rezultat s Hallovim učinkom.