Эффект Холла


Эффект Холла
Эффект Холла
1. Электроны
2. Зонд
3. Магниты
4. Магнитное поле
5. Источник тока

Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Содержание

Свойства

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течёт электрический ток под действием напряжённости E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определённости электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости[1] будет служить условие, что при этом электрон не начнёт двигаться по циклоиде.

Hall-Effect-diagram.svg

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E_1 не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца:

eE_1=evB\Rightarrow E_1=vB.

Скорость электронов v можно выразить через плотность тока:

j=nev\Rightarrow v=\frac{j}{ne},

где n — концентрация носителей заряда. Тогда

E_1=\frac{1}{ne}jB.

Коэффициент R_H=\frac{1}{ne} пропорциональности между E_1 и jB называется коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам), в сильных полях наблюдается положительный знак R_H, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Аномальный эффект Холла

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце, перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля (то есть явление, полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля), называется аномальным эффектом Холла.

Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью[2].

Квантовый эффект Холла

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квазидвумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый эффект Холла

В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю. Это явление, получившее название спинового эффекта Холла, было теоретически предсказано Дьяконовым и Перелем в 1971 году. Говорят о внешнем и внутреннем спиновых эффектах. Первый из них связан со спин-зависимым рассеянием, а второй — со спин-орбитальным взаимодействием.

Магнетосопротивление

Эдвин Холл проводил опыты в надежде обнаружить возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, но в слабых полях не зарегистрировал его. Также оно не следует из теории металлов Друде, расчёты по которой приводились выше. Однако при более строгих расчётах и в сильных полях магнетосопротивление проявляется достаточно хорошо.

Применение

Датчик Холла, используемый для измерения силы тока в проводнике. В отличие от трансформатора тока, измеряет также и постоянный ток.

Эффект Холла, в некоторых случаях, позволяет определить тип носителей заряда (электронный или дырочный) в металле или полупроводнике, что делает его достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников.

На основе эффекта Холла работают датчики Холла: приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли ДПР (датчика положения ротора). ДПР реализует обратную связь по положению ротора, выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.

Также на основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей.


См. также

Примечания

  1. Критерий малости — внешние воздействия не разрушают присущих физической системе внутренних свойств, не осуществляют «насилия» над системой.
  2. Naoto Nagaosa, Jairo Sinova, Shigeki Onoda, A. H. MacDonald and N. P. Ong Anomalous Hall effect (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — В. 2. — Т. 82. — С. 1539–1592.

Литература

  • Абрикосов А. А. Основы теории металлов. — Москва: «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1987. — 520 с. — ISBN нет, ББК 22.37, УДК 539.21 (075.8)
  • Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. — «Мир», 1979. — ISBN нет

Ссылки




Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Эффект Холла" в других словарях:

  • ЭФФЕКТ ХОЛЛА — ЭФФЕКТ ХОЛЛА, возникновение ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ силы поперек проводника или полупроводника с током помещенного в магнитное поле, перпендикулярное проводнику. Электродвижущая сила возникает под углом в 90 к обоим направлениям: тока и магнитного поля.… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • эффект Холла — Возникновение поперечного электрического поля при протекании электрического тока через полупроводник, помещенный в магнитное поле. [ГОСТ 22622 77] Тематики материалы полупроводниковые …   Справочник технического переводчика

  • 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

  • Эффект Холла —  Hall Effect  Эффект Холла   Явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также Холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Эффект Холла – один из наиболее информативных методов… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

  • эффект Холла — Hall o reiškinys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. Hall effect vok. Hall Effekt, m rus. эффект Холла, m pranc. effet Hall, m ryšiai: sinonimas – Holo reiškinys …   Automatikos terminų žodynas

  • эффект Холла — Hallo efektas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. Hall effect vok. Hall Effekt, m rus. эффект Холла, m pranc. effet Hall, m ryšiai: sinonimas – Holo efektas …   Automatikos terminų žodynas

  • эффект Холла — Holo reiškinys statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Potencialų skirtumo susidarymas puslaidininkyje, kuriuo teka elektros srovė ir kurį kerta magnetinis laukas, statmenas srovės krypčiai. atitikmenys: angl. Hall effect vok …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • эффект Холла — Holo efektas statusas T sritis chemija apibrėžtis Potencialų skirtumo susidarymas puslaidininkyje, kuriuo teka elektros srovė ir kurį kerta magnetinis laukas, statmenas srovės krypčiai. atitikmenys: angl. Hall effect rus. эффект Холла …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • эффект Холла — Holo efektas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Hall effect vok. Hall Effekt, m rus. эффект Холла, m pranc. effet Hall, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Эффект Холла — 70. Эффект Холла Возникновение поперечного электрического поля при протекании электрического тока через полупроводник, помещенный в магнитное поле Источник: ГОСТ 22622 77: Материалы полупроводниковые. Термины и определения основных… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

Другие книги по запросу «Эффект Холла» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

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

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.