Эффект Нернста

Термоэлектрические явления
Принципы Термоэлектрические явления (эффект Зеебека, эффект Пельтье, эффект Томсона) • эффект Эттингсгаузена • Эффект Нернста — Эттингсгаузена
Применения Термоэлектрические материалы • Термопара • Элемент Пельтье • Термоэлектрогенератор • Радиоизотопный термоэлектрический генератор

Эффект Нернста — Эттингсгаузена, или поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена — термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении полупроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле. Данный эффект был открыт в 1886 году В. Нернстом и А. Эттингсгаузеном (A. von Ettingshausen). В 1948 году эффект в металлах получил свое теоретическое обоснование в работе Зондхаймера^[1]

Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется электрическое поле $\mathbf{E}$, перпендикулярное к вектору градиента температур $\nabla T$ и вектору магнитной индукции $\mathbf{B}$, то есть в направлении вектора $[\nabla T,\;\mathbf{B}]$. Если градиент температуры направлен вдоль оси $X$, а магнитная индукция — вдоль $Z$, то электрическое поле параллельно вдоль оси $Y$. Поэтому между точками $a$ и $b$ (см. рис.) возникает разность электрических потенциалов $u$. Величину напряжённости электрического поля $E_y$ можно выразить формулой:

$E_y=\frac{u}{d}=q_\bot B_z\frac{dT}{dx},$

где $q_\bot$ — так называемая постоянная Нернста — Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Например, в германии с удельным сопротивлением ~ 1 Ом/см при комнатной температуре, при $B\sim 10^3$ Гс и $dT/dx\sim 10^2$ К/см наблюдается электрическое поле $E_y\sim 10^{-2}$ В/см. Значение постоянной $q_\bot$, а следовательно и $E_y$, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.

Поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и эффект Холла, то есть в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.

Существенным отличием является также тот факт, что, в отличие от постоянной Холла, знак $q_\bot$ не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака поля Холла. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака заряда частиц. Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.

Литература

• Блатт Ф. Дж. Теория подвижности электронов в твёрдых телах / Пер. с англ. — М.: Физматлит, 1963. — 224 с.
• Цидильковский И. М. Термомагнитные явления в полупроводниках. — М.: Физматгиз, 1960. — (Серия «Физика полупроводников и полупроводниковых приборов»). — 396 с.
• Житинская М. К., Немов С. А., Свечникова Т. Е. Влияние неоднородностей кристаллов Bi₂Te₃ на поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена // Физика и техника полупроводников. — 1997. — Т. 31. — № 4. — с. 441—443.

Примечания

1. ↑ Sondheimer E. H. The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. — July 21, 1948. — №193. — pp. 484-512; DOI:10.1098/rspa.1948.0058.

См. также

• Эффект Эттингсгаузена