Mysteries of Crossed Currents - Hall Effect

På slutten av forrige århundre gjorde en ung amerikansk fysikkstudent Edwin Hall et funn som skrev inn navnet hans i fysikk lærebøker. Han gjennomførte et enkelt "student" -eksperiment - han studerte forplantningen av strøm i en tynn metallplate plassert mellom polene til en sterk elektromagnet. Studenter ved alle universiteter gjennomgår laboratoriepraksis, hvor de læres med enkle eksempler eksperimentets ferdigheter. Slik var det denne gangen. En ydmyk student kunne ikke ha forestilt seg at hans enkle opplevelse ville gi opphav til et skred av forskning, hvorav noen vil være preget av den mest ærefulle vitenskapelige prisen - Nobelprisen.

Enheten som Hall jobbet med besto av to kryssvis ordnede elektriske kretser - slik knytter de en eske søtsaker med et bånd. Kjedene skilte seg ut ved at den ene av dem inneholdt et elektrisk batteri og strømmen fra den passerte langs platen, den andre på tvers, hadde ingen strømkilder og koblet ganske enkelt kantene på platen.

Som forventet, i tilfelle når elektromagneten ble slått av, registrerte instrumentene strømmen bare langs platen - i kretsen med batteriet - og dets fravær i den "tomme" tverrkretsen. Ikke rart. Så snart elektromagneten slått på, dukket det imidlertid opp en elektrisk strøm i tverrkretsen, som om ikke fra noe. Det var interessant, men det skjedde ikke noe mirakel her - en forklaring ble funnet ganske raskt. Elektroner som beveger seg i en langsgående kjede påvirkes av Lorentz-kraften, velkjent fra skolens lærebok, som avleder elektroner i tverrretningen, som genererte en liten strøm i tverrkjeden - alt er elementært enkelt.

I mer enn et halvt århundre, halvt glemt, har dette fenomenet holdt seg bak i fysisk vitenskap. Tøft den i arkivene av spesialister på mikroelektronikk. Først viste det seg at hvis de grove måleapparatene i Hall-tiden ble erstattet med moderne apparater, så kunne fenomenet som ble oppdaget av ham, brukes til å telle antall ladede partikler hvis bevegelse genererer en elektrisk strøm, noe som er veldig viktig for designere av lite støy-transistorer og andre svært følsomme mikroelektroniske enheter som arbeider med veldig svak strømmer og magnetiske felt.

 

Hall-effekten ble nøye studert, og sparte ingen anstrengelser for å forbedre nøyaktigheten. Den tredje, fjerde, femte desimalen på skalaene til måleinstrumenter ... Og her begynte fantastiske, ved første øyekast, ganske enkelt utrolige fenomener å dukke opp.

Det første fantastiske resultatet ble oppnådd for tjue år siden, på slutten av syttitallet, i eksperimenter med halvlederkretser i et sterkt magnetfelt ved veldig lave temperaturer, bare noen få grader unna "absolutt null" - 273 grader celsius, når stoffet fryser så mye at opphør, alle molekylære bevegelser fryser. Så hvis den vanlige temperaturen nær romtemperatur øker den elektriske motstanden i kretsen med "Hall-strømmen" gradvis med økende magnetfelt, endres det av en eller annen grunn nær temperaturen null trinnvis - som om en jevn bane langs hvilken strømpartikler beveger seg, plutselig erstattet av en asfaltert med dype støt. De jevne kurvene som opptakerne skrev ut erstattes av og til med en “stige”, hvis høyden på trinnene var lik noen konstant delt på heltall n = 1, 2, 3 og så videre.

Og det som er enda mer overraskende - på hvert trinn faller motstanden i den langsgående strømkretsen til null, det vil si at for den langsgående strømmen blir stoffet en superleder - elektronene ruller uten motstand, men ved leddene, når de beveger seg fra et trinn til et annet, hopper motstanden skarpt og superledende forsvinner øyeblikkelig.Alt dette så ut som en slags forvirring - som de sa, alt var blandet sammen i Oblonsky-huset!

Hvordan forklare en så merkelig oppførsel av kryssede strømmer? Hvorfor oppfører de seg på helt andre måter? Elektrodynamikk viste seg å være maktesløs foran denne gåten ... Vi er vant til at mystiske fenomen oppstår i komplekse eksperimenter med elementære partikler eller dypt i rommet når det gjelder sorte hull, eksploderende galakser og andre objekter som forbløffer fantasien vår, og her er bare eksperimenter med motstand og strømmer. Langs og over det preparerte området og - på deg!

V. Barashenkov, E. Kapustsik

Comments

[#1]

Det er veldig lærerikt og interessant, jeg visste ikke at det er noen mørke steder i elektrikeren, for meg så alt ut til å være avklassifisert og studert, det viser seg ikke. Fortsatt er vi langt fra en fullstendig forståelse av naturfenomener, og forestilte oss å være voldgiftsmennene for hennes skjebne. Et veldig nyttig nettsted, jeg leser deg regelmessig.

[#2 Oleg]

Men er det en kvante Hall-effekt)