מהו אפקט הול?

אם אתה שואל אדם מכיר את הפיזיקה ברמה של ידע בסיסי רק מה האפקט הול הוא ואיפה הוא מוחל, אתה לא יכול לקבל תשובה. באופן מפתיע, זה קורה לעתים קרובות למדי במציאות של העולם המודרני. למעשה, אפקט הול משמש מכשירים חשמליים רבים. לדוגמה, פעם כונני תקליטונים המחשב הפופולרי נקבע את המיקום ההתחלתי של המנוע בעזרת גנרטורים הול. החיישנים המתאימים "היגרו" לסכימות של כוננים מודרניים עבור תקליטורים (CD ו- DVD). בנוסף, תחומי היישום כוללים לא רק מכשירי מדידה שונים, אלא גם גנרטורים חשמליים המבוססים על המרת חום לשטף של חלקיקים טעונים תחת פעולה של שדה מגנטי (MHD).

אולם אדווין הרברט (Edwin Herbert Hall) בשנת 1879, שערך ניסויים עם צלחת מוליכה, גילה תופעה של הופעת פוטנציאל (מתח) פוטנציאלי, באינטראקציה של זרם חשמלי ושדה מגנטי. אבל על הכל בסדר.

בואו נעשה ניסוי מחשבה קטן: לקחת צלחת מתכת ולתת לו לזרום זרם חשמלי. הבא, אנחנו למקם אותו בשדה מגנטי חיצוני בצורה כזו כי קווי כוח השדה מכוונים בניצב למישור של צלחת מוליך. כתוצאה מכך, הבדל פוטנציאלי מופיע על הפנים (מעבר לכיוון הנוכחי) . זהו אפקט הול. הסיבה להופעתו היא כוח לורנץ המפורסם .

יש דרך לקבוע את הערך של המתח המתקבל (לפעמים נקרא פוטנציאל הול). הביטוי הכללי לובש צורה:

אה = אה * H,

איפה H הוא עובי הצלחת; אה הוא כוח השדה החיצוני.

מאחר והפוטנציאל נובע מחלוקה מחדש של נושאות המטען במוליך, הוא מוגבל (התהליך אינו נמשך ללא הגבלת זמן). ההעתקה הרוחבית של ההאשמות מפסיקה ברגע שבו כוח לורנץ (F = q * v * B) הוא שווה עם counteraction q * אה (q הוא תשלום).

מאז הצפיפות הנוכחית J שווה לתוצר הריכוז של המטענים, המהירות שלהם ואת הערך היחידה q, כלומר,

J = n * q * v,

בהתאמה,

V = J / (q * n).

זה מרמז (על ידי התייחסות הנוסחה כוח):

אה = B * (J / (q * n)).

שלב את כל האמור לעיל וקבע את הפוטנציאל הול דרך הערך של החיוב:

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

האפקט הול מאפשר לנו לציין כי לפעמים מתכות, לא אלקטרונית, אבל מוליכות חור הוא ציין. לדוגמה, זהו קדמיום, בריליום ואבץ. לימוד האפקט הול במוליכים למחצה, אף אחד לא היה ספק כי נושאות תשלום הם "חורים". עם זאת, כפי שכבר צוין, זה חל על מתכות. הוא האמין כי בהפצה של חיובים (היווצרות פוטנציאל הול), וקטור נפוץ ייווצר על ידי אלקטרונים (סימן שלילי). עם זאת, התברר כי האלקטרונים אינם נוצרים בתחום בכלל. בפועל, מאפיין זה משמש לקביעת צפיפות נושאות המטען בחומר מוליך למחצה.

לא פחות ידוע הוא אפקט הול קוונטי (1982). זהו אחד המאפיינים של המוליכות של גז דו-ממדי של אלקטרונים (חלקיקים יכולים לנוע בחופשיות רק בשני כיוונים) בתנאים של טמפרטורות אולטראלוב ושדות מגנטיים חיצוניים גבוהים. כאשר לומדים את האפקט הזה, התגלה קיומו של "שבר". אחד מקבל את הרושם כי המטען נוצר לא על ידי ספקים בודדים (1 + 1 + 1), אלא על ידי חלקים המרכיבים (1 + 1 + 0.5). עם זאת, התברר כי אין חוקים מופרים. בהתאם לעקרון פאולי, סביב כל אלקטרון בשדה מגנטי נוצר מערבולת מוזרה מן quanta של השטף עצמו. עם הגדלת האינטנסיביות של השדה, נוצר מצב שבו ההתכתבות "אלקטרון אחד = מערבולת אחת" חדלה להיות מרוצה. כל חלקיק יש כמה שטף השטף המגנטי. חלקיקים חדשים אלה הם בדיוק הסיבה לתוצאה השברית עם אפקט הול.