2015-07-14
945
Эффект Холла — это возникновение в металле (или полупроводнике) с током плотностью j, который помещен в магнитное поле В, электрического поля в направлении, перпендикулярном В и j.
Металлическую пластинку с током плотностью j поместим в магнитное поле В, перпендикулярное j (рис. 1). При заданном направлении j скорость носителей тока в металле (в данном случае - электронов) направлена справа налево. На электроны действует сила Лоренца, направленная в данном случае вверх. Значит, у верхнего края пластинки создается повышенная концентрация электронов (отрицательно зарядится), а у нижнего — их недостаток (положительно зарядится). В результате этого между краями пластинки появится дополнительное поперечное электрическое поле, которое направленно снизу вверх. Когда напряженность ЕB данного поперечного поля достигнет величины, при которой его действие на заряды будет уравновешивать силу Лоренца, то установится стационарное распределение зарядов в поперечном направлении. Тогда
|
|
|
где Δφ — поперечная (холловская) разность потенциалов, а — ширина пластинки.
Учитывая, что сила тока I=jS=n ev S (n — концентрация электронов, S — площадь поперечного сечения пластинки толщиной d, v — средняя скорость упорядоченного движения электронов), найдем
(1)
т. е. холловская поперечная разность потенциалов прямо пропорциональна магнитной индукции В, силе тока I и обратно пропорциональна толщине пластинки d. В формуле (1) R=1/(e n) — постоянная Холла, которая зависит от вещества. Измеряя значение постоянной Холла можно: 1) найти концентрацию носителей тока в проводнике (при известных зарядах носителей и характере проводимости); 2) делать выводы о природе проводимости полупроводников, поскольку знаки постоянной Холла и знаки заряда е носителей тока совпадают. По этой причине эффект Холла наиболее эффективный метод изучения энергетического спектра носителей тока в металлах и полупроводниках. Он используется и для умножения постоянных токов в аналоговых вычислительных машинах, в измерительной технике (датчики Холла) и т. д.
