Физический энциклопедический словарь - холла эффект
Холла эффект
EH=RHjsin. (1)
Здесь — угол между векторами Н и j (<180°). Если Hj, то sin=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.).
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 =е/m* (m*— эффективная масса, — время между двумя последоват. соударениями с рассеивающими центрами) и удельную электропроводность =j/E-env/E:
R=/.
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 э и дырок д и их концентрации nэ и nд для слабых полей:
Критерии сильного поля: c>1 (с— циклотронная частота носителя). При nэ=nд для всех значений Н R =(1/ne)((э-д)/(э+д)), 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).
• Hall Е. Н., On the new action of magnetism on a permanent electric current, «Phil. Mag.», 1880, v. 10, p. 301. См. также лит. при ст. Гальваномагнитные явления.
Ю. П. Гайдуков.
Вопрос-ответ:
Похожие слова
Самые популярные термины
1 | 1384 | |
2 | 1051 | |
3 | 994 | |
4 | 943 | |
5 | 925 | |
6 | 828 | |
7 | 802 | |
8 | 801 | |
9 | 712 | |
10 | 710 | |
11 | 689 | |
12 | 637 | |
13 | 627 | |
14 | 614 | |
15 | 533 | |
16 | 524 | |
17 | 517 | |
18 | 501 | |
19 | 483 | |
20 | 479 |