Tajomstvá prekrížených prúdov - Hallov efekt

Koncom minulého storočia urobil mladý americký študent fyziky Edwin Hall objav, ktorý jeho meno uviedol v učebniciach fyziky. Uskutočnil jednoduchý „študentský“ experiment - študoval šírenie prúdu v tenkej kovovej doske umiestnenej medzi pólmi silného elektromagnetu. Študenti všetkých univerzít absolvujú laboratórnu prax, kde sa na jednoduchých príkladoch učia zručnosti experimentu. Takže to bolo tentoraz. Pokorný študent si nedokázal predstaviť, že jeho jednoduchá skúsenosť by viedla k lavíne výskumu, z ktorých niektoré budú ocenené najvýznamnejšou vedeckou cenou - Nobelovou cenou.

Zariadenie, s ktorým Hall pracoval, sa skladalo z dvoch krížovo usporiadaných elektrických obvodov - takto pripevňujú škatule sladkostí pomocou pásky. Reťaze sa líšili v tom, že jedna z nich obsahovala elektrickú batériu a prúd z nej prešiel pozdĺž dosky, druhý priečny nemal zdroje prúdu a jednoducho spájal okraje dosky.

Ako sa očakávalo, v prípade, keď bol elektromagnet vypnutý, prístroje zaznamenávali prúdový tok iba pozdĺž dosky - v obvode s batériou - a jeho neprítomnosť v „prázdnom“ priečnom obvode. Niet divu. Akonáhle sa však elektromagnet zapol, v priečnom obvode, akoby z ničoho nič, sa elektrický prúd objavil sám. Bolo to zaujímavé, ale nebol tu žiadny zázrak - vysvetlenie bolo nájdené pomerne rýchlo. Elektróny pohybujúce sa v pozdĺžnom reťazci sú ovplyvnené Lorentzovou silou, ktorá je dobre známa zo školskej učebnice, ktorá odkláňa elektróny v priečnom smere, ktorý generuje malý prúd v priečnom reťazci - všetko je elementárne jednoduché.

Už viac ako pol storočia, zabudnutý, tento jav zostal v pozadí fyzikálnej vedy. Vykopali ho do archívov odborníci na mikroelektroniku. Najprv sa ukázalo, že ak by sa hrubé meracie zariadenia podľa Hallovho času nahradili modernými, potom by ním zistený jav mohol byť použitý na spočítanie počtu nabitých častíc, ktorých pohyb vytvára elektrický prúd, čo je veľmi dôležité pre návrhárov nízkošumových tranzistorov a ďalších vysoko citlivých mikroelektronických zariadení pracujúcich s veľmi slabými prúdy a magnetické polia.

 

Hallov efekt bol starostlivo študovaný, bez šetrenia na zlepšenie presnosti. Tretie, štvrté, piate desatinné miesto na stupnici meradiel ... A tu sa na prvý pohľad objavili úžasné jednoducho neuveriteľné javy.

Prvý úžasný výsledok sa dosiahol pred dvadsiatimi rokmi, na konci sedemdesiatych rokov, pri pokusoch s polovodičovými obvodmi v silnom magnetickom poli pri veľmi nízkych teplotách, len pár stupňov od „absolútnej nuly“ - 273 stupňov Celzia, keď látka natoľko zamrzne, že prestať, všetky molekulárne pohyby zamrznú. Ak sa teda pri bežných teplotách blízkych izbovej teplote elektrický odpor v obvode so „Hallovým prúdom“ postupne zvyšuje so zvyšujúcim sa magnetickým poľom, potom sa z nejakého dôvodu v blízkosti nulovej teploty postupne mení - akoby hladká cesta, po ktorej sa častice prúdu pohybujú, zrazu ustupuje asfaltovej podložke s hlbokými hrbolmi. Hladké krivky, ktoré zapisovali zapisovači, sú občas nahradené „rebríkom“, ktorého výška krokov sa rovnala nejakej konštante delenej celými číslami n = 1, 2, 3 atď.

A čo je ešte viac prekvapujúce - v každej fáze odpor v obvode pozdĺžneho prúdu klesá na nulu, to znamená, že pre pozdĺžny prúd sa látka stáva supravodičom - elektróny sa valia bez odporu, ale v kĺboch ​​pri prechode z jedného stupňa do druhého odpor prudko vyskočí a supravodivosť okamžite zmizne.To všetko vyzeralo ako nejaký zmätok - ako sa hovorí, v Oblonskom dome bolo všetko zmiešané!

Ako vysvetliť také zvláštne správanie prekrížených prúdov? Prečo sa správajú úplne inak? Elektrodynamika sa ukázala ako bezmocná pred touto hádankou ... Sme zvyknutí na to, že záhadné javy sa vyskytujú v zložitých experimentoch s elementárnymi časticami alebo hlboko v priestore, pokiaľ ide o čierne diery, explodujúce galaxie a ďalšie objekty, ktoré ohromujú našu fantáziu, a tu sú len experimenty s odporom a prúdmi. Pozdĺž a cez upravenú oblasť a - na vás!

V. Barashenkov, E. Kapustsik

Comments

[#1]

Je to veľmi poučné a zaujímavé, nevedel som, že v elektrikári sú nejaké tmavé miesta, pretože sa mi zdalo, že všetko bolo odtajnené a študované, ukázalo sa, že nie. Stále nie sme ani zďaleka úplne pochopení prírodných javov a predstavovali sme si, že sme rozhodcami jej osudu. Veľmi užitočné stránky, čítam vás pravidelne.

[#2 Oleg]

Je to však kvantový Hallov efekt)