Холла эффект

Холла эффект
        появление в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле Н, электрического поля Ex, перпендикулярного Н и I. Напряжённость электрического поля (поля Холла) равна:
         Ex = Rhjsin α, (1)
        где α угол между векторами Н и f (α < 180°). Если Hj, то величина поля Холла Ex максимальна: Ex = RHj. Величина R, называется коэффициентом Холла, является основной характеристикой Х. э. Эффект открыт Э. Г. Холлом в 1879 в тонких пластинках золота. Для наблюдения Х. э. вдоль прямоугольных пластин из исследуемых веществ, длина которых l значительно больше ширины b и толщины d, пропускается ток I = jbd (см. рис.); магнитное поле перпендикулярно плоскости пластинки. На середине боковых граней, перпендикулярно току, расположены электроды, между которыми измеряется эдс Холла Vx.
         Vx = Exb = RHj/d. (2)
         Т. к. эдс Холла меняет знак на обратный при изменении направления магнитного поля на обратное, то Х. э. относится к нечётным гальваномагнитным явлениям (См. Гальваномагнитные явления).
         Простейшая теория Х. э. объясняет появление эдс Холла взаимодействием носителей тока (электронов проводимости и дырок) с магнитным полем. Под действием электрического поля носители заряда приобретают направленное движение (дрейф), средняя скорость которого (дрейфовая скорость) vдр ≠ 0. Плотность тока в проводнике j = nevдр, где n — концентрация числа носителей, e — их заряд. При наложении магнитного поля на носители действует Лоренца сила: F = е [Нvдр], под действием которой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном vдр и Н. В результате в обеих гранях проводника конечных размеров происходит накопление заряда и возникает электростатическое поле — поле Холла. В свою очередь поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. В условиях равновесия eEx = eHvдр, отсюда R = 1/ne см3/кулон. Знак R совпадает со знаком носителей тока. Для металлов (См. Металлы), у которых концентрация носителей (электронов проводимости) близка к плотности атомов (n ≈ 1022 см-3), R Холла эффект 10-3 см3/кулон, у полупроводников (См. Полупроводники) концентрация носителей значительно меньше и RХолла эффект10-5 см3/кулон. Коэффициент Холла R может быть выражен через подвижность носителей (См. Подвижность носителей тока) заряда μ = еτ/m* и удельную электропроводность σ = j/E = envдрЕ:
         R = μ/σ. (3)
         Здесь m*— Эффективная масса носителей, τ — среднее время между 2 последовательными соударениями с рассеивающими центрами.
         Иногда при описании Х. э. вводят угол Холла φ между током j и направлением суммарного поля Е: tgφ = Ex/E = Ωτ, где Ω — Циклотронная частота носителей заряда. В слабых полях (Ωτ << 1) угол Холла φ ≈ Ωτ можно рассматривать как угол, на который отклоняется движущийся заряд за время τ. Приведённая теория справедлива для изотропного проводника (в частности, для Поликристалла), у которого m* и τ — постоянные величины. Коэффициент Холла (для изотропных полупроводников) выражается через парциальные проводимости σэ и σд и концентрации электронов nэ и дырок nд:
        
         При nэ = nд = n для всей области магнитных полей R указывает на преобладающий тип проводимости.
         Для металлов величина R зависит от зонной структуры и формы Ферми поверхности (См. Ферми поверхность). В случае замкнутых поверхностей Ферми и в сильных магнитных полях (Ωτ >> 1) коэффициент Холла изотропен, а выражения для R совпадают с формулой 4, б. Для открытых поверхностей Ферми коэффициент R анизотропен. Однако, если направление Н относительно кристаллографических осей выбрано так, что не возникает открытых сечений поверхности Ферми, то выражение для R аналогично 4, б.
         В ферромагнетиках (См. Ферромагнетики) на электроны проводимости действует не только внешнее, но и внутреннее магнитное поле: В = Н + 4πМ. Это приводит к особому ферромагнитному Х. э. Экспериментально обнаружено, что Ex= (RB + RaM) j, где R — обыкновенный, a Ra необыкновенный (аномальный) коэффициент Холла. Между Ra и удельным электросопротивлением ферромагнетиков установлена корреляция.
         Исследования Х. э. сыграли важную роль в создании электронной теории твёрдого тела (См. Твёрдое тело). Х. э. — один из наиболее эффективных современных методов изучения энергетического спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей и оценить их концентрацию, а также часто сделать заключение о количестве примесей в веществе, например в полупроводнике. Он имеет также ряд практических применений: используется для измерения напряжённости магнитного поля (см. Магнитометр), усиления постоянных токов (в аналоговых вычислительных машинах (См. Аналоговая вычислительная машина)), в измерительной технике (бесконтактный амперметр) и т.д. (подробно см. Холла эдс датчик).
        
         Лит.: Hall Е. Н., On the new action of magnetism on a permanent electric current, «The Philosophical Magazine», 1880, v. 10, p. 301; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Займан Дж., Электроны и фононы. Теория явлений переноса в твердых телах, пер. с англ., М., 1962; Вайсс Г., физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение, пер. с нем., М., 1974; Ангрист Ст., Гальваномагнитные и термомагнитные явления, в сборнике: Над чем думают физики, в. 8. Физика твёрдого тела. Электронные свойства твёрдого тела, М., 1972, с. 45—55.
         Ю. П. Гайдуков.
        Рис. к ст. Холла эффект.
        Рис. к ст. Холла эффект.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

См. также в других словарях:

  • ХОЛЛА ЭФФЕКТ — возникновение в тв. проводнике с током плотностью j, помещённом в магн. поле H, электрич. поля в направлении, перпендикулярном H и j. Напряжённость электрич. поля (поля Холла) равна: EH=RHjsina. (1) Здесь a угол между векторами Н и j (a …   Физическая энциклопедия

  • ХОЛЛА ЭФФЕКТ — возникновение в проводнике с током плотностью j, помещенном в магнитное поле H?j, электрического поля (поля Холла), направленного перпендикулярно H и j, напряженность которого Eх = RjH, где R постоянная Холла, зависящая главным образом от знака и …   Большой Энциклопедический словарь

  • Холла эффект — возникновение в проводнике с током плотностью j, помещённом в магнитное поле H, электрического поля (поля Холла), направленного перпендикулярно H и j. Напряжённость поля Холла EH = RjHsinα, где α  угол между H и j, R  постоянная Холла, зависящая… …   Энциклопедический словарь

  • Холла эффект — Эффект Холла 1. Электроны 2. Зонд 3. Магниты 4. Магнитное поле 5. Источник тока Эффект Холла явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также Холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное… …   Википедия

  • ХОЛЛА ЭФФЕКТ — возникновение в проводнике с током плотностью j, помещённом в магн. поле Н, электрич. поля (поля Холла), направленного перпендикулярно Н и j. Напряжённость поля Холла EH= RjH sin а, где а угол между Н и j, R постоянная Холла, зависящая гл. обр.… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • ХОЛЛА ЭФФЕКТ — возникновение поперечного электрич. поля в проводнике или ПП с током при помещении его в магнитное поле. Для изотропного (напр., поликристаллич.) проводника или ПП напряжённость поперечного электрич. поля ЕВ = R[В, j], где В магнитная индукция, j …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • КВАНТОВЫЙ ХОЛЛА ЭФФЕКТ — макроскопич. квантовый эффект, проявляющийся в квантовании холловского сопротивления r ху (см. Холла эффект )и исчезновении уд. сопротивления r хх. К. X. э. наблюдается при низких темп pax Т в инверсионном слое носителей заряда в полупроводниках …   Физическая энциклопедия

  • Эффект — [effect] 1. Результат, следствие каких либо причин, действий. 2. В естественных науках явление (закономерность), часто называют именем открывшего этот эффект ученого (например, эффект Холла, эффект Фарадея, эффект Томсона и т. п.): Смотри также:… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • эффект Холла — гальваномагнитный эффект Холла; эффект Холла Возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике, по которому проходит электрический ток, в том случае, когда этот проводник помещен в магнитное поле, перпендикулярное направлению потока …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Холла эдс датчик —         элемент автоматики, радиоэлектроники и измерительной техники, используемый в качестве измерительного преобразователя (См. Измерительный преобразователь), действие которого основано на Холла эффекте. Представляет собой топкую прямоугольную …   Большая советская энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «Холла эффект» >>

Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»