Keresztezett áramlatok rejtélyei - Hall-effektus

A múlt század végén Edwin Hall egy fiatal amerikai fizika hallgató felfedezést tett, amely nevét beírta a fizika tankönyvekbe. Egy egyszerű, „hallgató” kísérletet végzett - az áram terjedését egy erős elektromágnes pólusai között elhelyezett vékony fémlemezben tanulmányozta. Valamennyi egyetem hallgatói laboratóriumi gyakorlaton mennek keresztül, ahol egyszerű példákkal tanítják őket a kísérlet készségére. Tehát ezúttal volt. Egy szerény hallgató el sem tudta volna képzelni, hogy egyszerű tapasztalata kutatási lavinát idéz elő, amelyek közül néhányat a legelismertebb tudományos díj - a Nobel-díj fog jelölni.

Az eszköz, amellyel a Hall dolgozott, két keresztirányban elrendezett elektromos áramkörből állt - így kötik össze egy doboz édességet szalaggal. A láncok abban különböztek abban, hogy egyikük tartalmazott elektromos akkumulátort, és az abból származó áram áthaladt a lemez mentén, a másiknak keresztirányú volt, nincs áramforrása és egyszerűen összekapcsolta a lemez széleit.

Ahogy az várható volt, abban az esetben, amikor az elektromágnes kikapcsolódott, a műszerek az áramlást csak a lemez mentén, az akkumulátorral ellátott áramkörben rögzítették, és annak hiányát az „üres” keresztirányú áramkörben. Nem csoda. Amint az elektromágnes bekapcsolódott, a keresztirányú áramkörben, mintha semmiféle semmilyen elektromos áram jelenne meg önmagában. Érdekes volt, de itt nem volt csoda - magyarázatot találtak elég gyorsan. A hosszanti láncon mozgó elektronokat az iskolai tankönyvből jól ismert Lorentz-erő befolyásolja, amely keresztirányban elhajlik az elektronokat, és ez kis áramot generált a keresztirányú láncban - minden elemi egyszerű.

Ez a jelenség több mint fél évszázadon keresztül, félig elfelejtve, a fizika tudományának hátsó részén maradt. Töltse le az archívumba a mikroelektronika szakemberei számára. Eleinte kiderült, hogy ha a Hall idő durva mérőberendezéseit modernre cserélik, akkor az általa felfedezett jelenség felhasználható az olyan töltött részecskék számához, amelyek mozgása áramot generál, ami nagyon fontos az alacsony zajú tranzisztorok és más nagyon érzékeny mikroelektronikai eszközök tervezői számára áramok és mágneses mezők.

A Hall-effektust gondosan tanulmányozták, anélkül, hogy a pontosság javítására tett erőfeszítéseket. A harmadik, negyedik, ötödik tizedes jegy a mérőműszer skáláin ... És itt elképesztő, első pillantásra egyszerűen hihetetlen jelenségek kezdtek megjelenni.

Az első csodálatos eredményt húsz évvel ezelőtt, a hetvenes évek végén, félvezető áramkörökkel végzett kísérletekkel végezték erős mágneses mezőben nagyon alacsony hőmérsékleten, csak néhány fokkal az "abszolút nullától" - 273 Celsius fok, az anyag annyira fagyos állapotában, hogy megszűnik, minden molekuláris mozgás lefagy. Tehát, ha a szobahőmérséklethez közeli hőmérsékleten az áramkör elektromos ellenállása a „Hall árammal” fokozatosan növekszik a mágneses mező növekedésével, akkor valamilyen oknál fogva a nulla hőmérséklet közelében fokozatosan változik - mintha egy sima út mentén mozogna az áram részecskék, hirtelen helyettesítette egy mély dudorokkal burkolt járda. Azokat a sima görbéket, amelyeket a felvevők kiírtak, szakaszosan felváltják egy „létra”, amelynek lépcsőinek magassága megegyezik valamilyen állandóval, osztva az n = 1, 2, 3 egész számokkal és így tovább.

És ami még meglepőbb - minden szakaszban a hosszanti áramkör ellenállása nullára esik, vagyis a hosszanti áram esetén az anyag szupravezetővé válik - az elektronok ellenállás nélkül gurulnak, de az ízületeknél, amikor egyik fázisból a másikba mozognak, az ellenállás hirtelen ugrik és a szupravezetõképesség azonnal eltűnik.Mindez valamiféle összetévesztésnek tűnt - mint mondják, az Oblonsky házban minden összekeveredt!

Hogyan lehet megmagyarázni a keresztezett áramok ilyen furcsa viselkedését? Miért viselkednek teljesen más módon? Az elektrodinamika kiderült, hogy tehetetlen ennek a rejtvénynek az előtt ... Megszoktuk azt a tényt, hogy a rejtélyes jelenségek összetett kísérletekben alakulnak ki elemi részecskékkel vagy mélyen az űrben, amikor a fekete lyukak lépnek fel, felrobbannak a galaxisok és más objektumok, amelyek elképesztik a képzeletünket, és itt csak kísérletek találhatók. ellenállás és áramok mellett. Az ápolt terület mentén és egészén, és - neked!

V. Barashenkov, E. Kapustsik