ХОЛЛА ЭФФЕКТ это:

ХОЛЛА ЭФФЕКТ
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<180°). Если H^j, то sina=1 и поле Холла EH максимально: EH=RHj. Коэфф. R, наз. постоянной Холла, явл. основной количеств. характеристикой X. э. Знак R положителен, если j, H и EH образуют правовинтовую систему координат. X. э. открыт амер. физиком Э. Г. Холлом (Е. Н. Hall) в 1879 в тонких пластинках Аи. Для наблюдения X. э. прямоуг. пластины из исследуемых в-в с длиной, значительно большей ширины b и толщины d, вдоль к-рых течёт ток I=jbd, помещают в магн. поле Н, перпендикулярное плоскости пластинки (рис.).
ХОЛЛА ЭФФЕКТ1
На середине боковых граней перпендикулярно току расположены электроды, между к-рыми измеряется эдс Холла:
VH=EHb=RHI/d. (2)
X. э. объясняется вз-ствием носителей заряда (эл-нов проводимости и дырок) с магн. полем. В магн. поле на эл-ны действует Лоренца сила F=e(Hv) (v=j/ne — ср. скорость направленного движения носителей в электрич. поле, n — концентрация носителей, е — их заряд), под действием к-рой ч-цы отклоняются в направлении, перпендикулярном j и Н.
В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла. В свою очередь, поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. При равновесии eEH=eHv, откуда:
R=1/ne. (3)
Знак R совпадает со знаком носителей заряда. Для металлов, у к-рых n=1022 см-3, R=10-3 см3/Кл, у полупроводников R=105 см3/Кл.
Коэфф. Холла может быть выражен через подвижность носителей заряда m=еt/m* (m*— эффективная масса, t — время между двумя последоват. соударениями с рассеивающими центрами) и удельную электропроводность s=j/E-env/E:
R=m/s.
Сказанное справедливо для изотропных проводников, в частности для поликристаллов. Для анизотропных кристаллов R=r/en, где коэфф. r — величина, близкая к 1, зависящая от направления Н относительно кристаллографич. осей. В области сильных магн. полей r=1 (см. ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ).
В полупроводниках в электропроводности участвуют одновременно эл-ны проводимости и дырки. При этом постоянная Холла выражается через парциальные проводимости эл-нов sэ и дырок sд и их концентрации nэ и nд для слабых полей:
ХОЛЛА ЭФФЕКТ2
Критерии сильного поля: <1 (wс— циклотронная частота носителя). При nэ=nд для всех значений Н R =(1/ne)((sэ-sд)/(sэ+sд)), а знак R соответствует основным носителям.
Для металлов величина R зависит от зонной структуры (формы Ферми поверхности). Для замкнутых поверхностей Ферми и в сильных магн. полях постоянная Холла изотропна, а выражения для R совпадают с (3) и (4). Для открытых поверхностей Ферми R — тензор. Однако, если направление H относительно кристаллографич. осей выбрано так, что не возникает открытых сечений поверхности Ферми, то выражения для R также аналогичны (3) и (4).
В ферромагнетиках эл-ны подвергаются совместному действию внеш. магн. поля и поля магн. доменов. Это приводит к особому ферромагнитному X. э. Экспериментально найдено, что EH=(RH+R1M)j, где R — обыкновенная, а R1— аномальная постоянные Холла, М — величина намагниченности.
Х. <э.—один из наиболее эфф. методов изучения энергетич. спектра носителей заряда в металлах и ПП. Зная R, можно определить знак носителей и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в ПП. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. МАГНИТОМЕТР). X. э. используется для умножения пост. токов в аналоговых вычислит. машинах, в измерит. технике и др. (д а т ч и к и X о л л а).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ХОЛЛА ЭФФЕКТ

- возникновение в твёрдом проводнике с током плотностью j, помещённом в магн. поле Н, элек-трич. поля в направлении, перпендикулярном j и Н. Напряжённость электрич. поля (п о л я Х о л л а)

5084-4.jpg

Здесь a - угол между векторами Н и j(a<180°). Если H | j, то поле Холла Е Н максимально: EH = RHj. Коэф. R, наз. п о с т о я н н о й Х о л л а (к о э ф. Х о л л а), является основной количеств. характеристикой X. э. Знак R положителен, если j, Н, ЕH образуют правовинтовую систему координат.

5084-5.jpg

X. э. открыт Э. Г. Холлом (Е. Н. Hall) в 1879 в тонких пластинках Аu. Для наблюдения X. э. прямоуг. пластины из исследуемых веществ длиной l, значительно большей ширины b и толщины d, вдоль к-рых течёт ток I=jbd, помещают в магн. поле Н, перпендикулярное плоскости пластинки (рис.). На середине боковых граней перпендикулярно току расположены электроды, между к-рыми измеряется эдс Холла

5084-6.jpg

X. э. объясняется взаимодействием носителей заряда (электронов проводимости и дырок) с магн. полем. В магн. поле на электроны действует Лоренца сила F=e[Hu](u = =j/пе- ср. скорость направленного движения носителей в электрич. поле, п - концентрация носителей, е - их заряд), под действием к-рой частицы отклоняются в направлении, перпендикулярном j и Н. В результате на боковой грани пластины происходит накопление зарядов и возникает поле Холла. В свою очередь поле Холла действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца. При равновесии eEH = eHu, откуда

5084-7.jpg

Знак R совпадает со знаком носителей заряда. Для металлов, у к-рых n~1022 см -3, R~10-3 см 3/Кл, у полупроводников R~105084-8.jpg105 см 3/Кл.

Коэф. Холла может быть выражен через подвижность носителей зарядаm =u др/E (дрейфовая скорость носителей u др = -eEt/m, где т - эффективная масса,t - время между двумя последоват. соударениями с рассеивающими центрами) и уд. электропроводность s=j/E=enu др/E:

5084-9.jpg

Сказанное справедливо для изотропных проводников, в частности для поликристаллов. Для анизотропных кристаллов R = r/en, где коэф. r - величина, близкая к 1, зависящая от направления Н относительно кристаллографич. осей. В области сильных магн. полей r=1. Критерий сильного поля w сt>1, где w с - циклотронная частота носителей.

В полупроводниках в электропроводимости участвуют одновременно электроны проводимости и дырки. При этом постоянная Холла выражается через парциальные проводимости электронов s э и дырок s д и их концентрации п э и n д. В случае слабых полей

5084-10.jpg

Для сильных полей

5084-11.jpg

При п э = п д для всех значений магнитного поля R == (1/ еn)(s э-s д)/(s э + s д), а знак R соответствует знаку осн. носителей.

Для металлов величина R зависит от зонной структуры, т. е. формы ферми-поверхности. Для замкнутых поверхностей Ферми и в сильных магн. полях постоянная Холла изотропна, а выражения для R совпадают с (3) и (4). Для открытых поверхностей Ферми R - тензор. Однако если направление Н относительно кристаллографич. осей выбрано так, что не возникает открытых сечений поверхности Ферми, то выражения для R также аналогичны (3) и (4).

X. э.- один из наиболее эфф. методов изучения энерге-тич. спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей заряда и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в полупроводниках. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. Магнитометры), а также для усиления пост. токов, в аналоговых вычислит. машинах, в измерит. технике и др. (Холла датчик).

При изучении X. э. в двумерном электронном газе кремниевого полевого транзистора, помещённого в квантующее магн. поле, К. фон Клитцинг (К. von Klitzing) в 1980 обнаружил, что холловское сопротивление (RH=VH/I), к-рое в условиях обычного X. э., как следует из ф-л (2) и (3), обратно пропорционально п, при изменении п то остаётся постоянным, то резко изменяется, переходя с одного уровня на другой. Вместо монотонного убывания в зависимости RH(n )наблюдались "ступеньки". При этом высота ступенек определяется такими фундам. константами, как постоянная Планка и заряд электрона, и не зависит от свойств вещества. Это явление получило назв. квантового Холла эффекта. Ю. П. Гайдуков.

При описании X. э. в магнетиках следует вместо поля Н рассматривать магн. индукцию В= Н+4p М, где М- намагниченность. Поле Холла в поликристаллич. ферромагнетиках может быть записано в виде

5084-12.jpg

Здесь x, у, z - координатные оси. Первое слагаемое описывает нормальный X. э. Вклад в поле Холла, пропорциональный намагниченности М, наз. ферромагнитным, спонтанным или аномальным X. э. Т. к. этот вклад существует в ферро-, ферри- и антиферромагн. металлах и полупроводниках, парамагнетиках и др., то термин "а н о м а л ь н ы й X. э." является наиб. общим. Коэф. Rs в ферромагнетиках на 1-2 порядка больше R и обладает сильной (по сравнению с R )зависимостью от темп-ры. В сплавах величина и знак Rs зависят от концентрации компонент, причём в общем случае знак Rs может не совпадать со знаком R. В монокристаллах Rs также является тензорной величиной. Роль внеш. магн. поля в создании аномального X. э. сводится только к намагничиванию образца, в частности в однодоменных образцах аномальный X. э. наблюдается и без поля.

Аномальный X. э. обусловлен спин-орбитальным взаимодействием, к-рое пропорц. намагниченности и создаёт асимметрию рассеяния. носителей заряда, приводящую к холловскому "закручиванию" в отсутствие поля.

А. Б. Грановский.

Лит. см. при статьях Гальвано магнитные явления, Квантовый Холла эффект. Магнетизм.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ХОЛЛА ЭФФЕКТ" в других словарях:

  • 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 —         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… …   Большая советская энциклопедия

  • 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»