Гальваномагнитные эффекты

Физические явленья, возникающие в веществе, находящемся в магнитном, поле, при прохождении через вещество электрического тока под действием электрического поля, называют гальваномагнитными эффектами. Другими словами, гальваномагнитные явления наблюдаются в веществе при совместном действии электрического и магнитного полей. К гальваномагнитным явлениям относятся: 1) эффект Холла; 2) магнитнорезистивный эффект, или магнетосопротивление; 3) эффект Эттингсгаузена, или поперечный гальванотермомагнитный эффект; 4) эффект Нереста, или продольный гальванотермомагнитный эффект; Эффект Холла в узком смысле слова называют также гальваномагнитным, эффектом. Указанные выше названия «поперечный»: и «продольный» гальванотермомагннтные эффекты отражают направления градиентов температуры относительно тока; по отношению к магнитному полю они могут быть поперечными или продольными.

Гальваномагнитные эффекты можно представить на основе рассмотрения движения заряженной частицы в электрическом и магнитном полях под действием, силы Лоренца;

Напомним, что в параллельных электрическом и магнитном полях частица движется по винтовой линии с непрерывно возрастающим шагом. Это легко понять, если учесть, что в одном магнитном поле частица, имеющая скорость вдоль поля и υ_┴— перпендикулярно полю, — вращается по окружности радиуса

с угловой скоростью и перемещается вдоль, поля со скоростью .

Поскольку электрическое поле не влияет на υ_┴ но меняет , становится очевидным, что движение происходит по винтовой линии с переменным шагом.

В поперечных (или скрещенных) полях Е и В частица, не имеющая начальной скорости, движется по циклоиде: частица вращается по окружности радиуса

^:

центр которой движется равномерно в направлении, перпендикулярном электрическому и магнитному полям со скоростью дрейфа u _d:

Если частица имеет начальную скорость v _о, лежащую в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, то траекторией частицы является трахоида (удлиненная или укороченная циклоида).

Чтобы представить движение частицы в том случае, когда начальная скорость имеет составляющую вдоль магнитного поля, необходимо иметь в виду, что на эту составляющую скорости не оказывает воздействие ни электрическое, ни магнитное поля.

При движении частиц в твердом теле необходимо учесть соударения, которые нарушают направленное движение частиц под действием полей. После каждого соударения частица будет двигаться по винтовой линии или трохоиде, которые характеризуются новыми параметрами.

Для характеристики величины поля необходимо сравнить время релаксации с периодом вращения частицы под действием магнитного поля. Если время релаксации значительно превосходит период 2π/ω_c, то за время τ частица совершает несколько оборотов, двигаясь по циклоиде или винтовой линий. Это возможно при больших магнитных полях. Если частица не совершает даже одного ©борота за время τ, то магнитные поля считаются малыми. Таким образом, в сильных полях

в слабых полях

(41.6)

Как видим из (41.5) и (41.6), понятие «сильные» или «слабые» поля зависит не только от величины индукции магнитного ноля В, но и от подвижности носителей заряда. Условия (41.5) и (41.6) можно связать с радиусом окружности r, по которой движется частица и длиной свободного пробега l:

Следовательно, в слабых магнитных полях r >> l — траектория частицы искривляется незначительно, в сильных магнитных полях траектория изменяется очень сильно.

Для понимания одних явлений достаточно учесть только скорость дрейфового движения υ _d= μ_d Е, в то время как для понимания других эффектов важно иметь в виду разброс скоростей электронов. Всёэто учитывается кинетическим уравнением, поэтому оно позволяет получить значительно более точное описание кинетических эффектов.