Какъв е ефектът на Хол?

Ако попитате човек, запознат с физиката на ниво само от основни познания за ефекта на Хол и къде се прилага, не можете да получите отговор. Изненадващо, в реалностите на съвременния свят това се случва доста често. В действителност, Hall ефектът се използва в много електрически устройства. Например, някога популярните компютърни флопи дискове определят началната позиция на двигателя с помощта на генераторите на Hall. Съответните сензори "мигрират" към схемите на съвременните устройства за компактдискове (CD и DVD). Освен това полетата на приложение включват не само различни измервателни уреди, но и генератори на електрическа енергия, които се основават на превръщането на топлината в поток от заредени частици под действието на магнитно поле (MHD).

Едуин Хърбърт Хол през 1879 г., провел експерименти с проводяща плоча, открил необезпокояван, на пръв поглед феномен на появата на потенциал (напрежение) в взаимодействието на електрически ток и магнитно поле. Но за всичко в ред.

Да направим малко умствен експеримент: вземете метална плоча и я оставете да работи с електрически ток. След това го слагаме навън магнитно поле така че линиите силата на полето бяха ориентирани перпендикулярно на равнината на проводимата плоча. В резултат на това, на лицата (в посока на тока) има потенциална разлика. Това е ефектът на Хол. Причината за появата му е добре известната сила на Лоренц.

Съществува начин да се определи стойността на полученото напрежение (понякога наричано потенциал на зала). Общият израз е под формата на:

Uh = Eh * H,

където H е дебелината на плочата, Eh е външната сила на полето.

Тъй като потенциалът възниква от преразпределението на носители на заряд в диригент, той е ограничен (процесът не продължава неопределено време). Напречното преместване на зарядите спира в момента, когато стойността на силата на Lorentz (F = q * v * B) се изравнява с противодействието q * Eh (q е зарядът).

защото плътност на тока J е равно на произведението на концентрацията на заряда, тяхната скорост и единичната стойност на q, т.е.,

J = n * q * v,

съответно,

v = J / (q * n).

Това предполага (чрез свързване на формулата със силата):

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

Комбинирайте всички по-горе и определете потенциала на Хола чрез стойността на заряда:

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

Ефектът на Hall ни позволява да посочим, че понякога в метали, а не в електронен вид, но се наблюдава проводимост на дупки. Например, той е кадмий, берилий и цинк. Изучавайки ефекта на "Хол" в полупроводниците, никой не се съмняваше, че носителите на заряд са "дупки". Както вече беше посочено обаче, това се отнася за металите. Смята се, че при разпределението на зарядите (образуването на потенциала на Хол), общ вектор ще се образува от електрони (отрицателен знак). Оказа се обаче, че електроните изобщо не се създават на полето. На практика тази характеристика се използва за определяне на плътността на носителите на заряд в полупроводников материал.

Не по-малко известен е ефектът на квантовата зала (1982). Това е едно от свойствата на проводимостта на двумерния електронен газ (частиците могат да се движат свободно само в две посоки) при условия на ултра-ниски температури и високи външни магнитни полета. При изучаването на този ефект беше открито съществуването на "частичност". Оказа се, че таксата се формира не от единични носители (1 + 1 + 1), а от съставните части (1 + 1 + 0.5). Оказа се обаче, че не са нарушени никакви закони. В съответствие с Принципът на Паули, около всеки електрод в магнитното поле се създава особен вихър от квантите на самия поток. С нарастващата интензивност на полето се появява ситуация, при която кореспонденцията "един електрон = един вихър" престава да бъде изпълнена. Всяка частица има няколко кванта магнитен поток. Тези нови частици са точно причината за частичния резултат с ефекта на Hall.