Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электромагниттік әсер физикада
Electromagnetic effect in physics
Холл эффектісі – электр тогына және тоққа перпендикуляр қолданылатын магнит өрісіне көлденең бағытталған электр өткізгішінде пайда болатын потенциалдар айырмашылығы (Холл кернеуі). Оны 1879 жылы Эдвин Холл ашқан. Холл коэффициенті – индуцирленген электр өрісінің ток тығыздығы мен қолданылатын магнит өрісінің көбейтіндісіне қатынасы ретінде анықталады. Бұл өткізгішті құрайтын материалдың ерекшелігі болып табылады, себебі оның шамасы ток құраушы заряд тасымалдаушылардың түріне, санына және қасиеттеріне байланысты.
The Hall effect is the production of a potential difference (the Hall voltage) across an electrical conductor that is transverse to an electric current in the conductor and to an applied magnetic field perpendicular to the current. It was discovered by Edwin Hall in 1879. The Hall coefficient is defined as the ratio of the induced electric field to the product of the current density and the applied magnetic field. It is a characteristic of the material from which the conductor is made, since its value depends on the type, number, and properties of the charge carriers that constitute the current.
Ашылу
Магниттік өрісте ток өткізетін сымдар ток пен магниттік өріске перпендикуляр механикалық күшті сезінеді. 1820 жылдары Андре-Мари Ампер осы негізгі механизмді байқады, бұл Холл эффектісін ашуға себеп болды. Дегенмен, Джеймс Клерк Максвеллдің "Физикалық күш сызықтары туралы" (1861–1862 жылдары жарияланған) еңбегі электромагнетизмнің берік математикалық негізін жүйелемейінше, магниттер мен электр тогы арасындағы өзара әрекеттесудің толық егжей-тегжейін түсіну мүмкін болмады. Эдвин Холл магниттік өрістердің өткізгіштермен немесе электр тогымен өзара әрекеттесетінін анықтауға тырысты және егер күш токқа ғана әсер етсе, онда ол токты сымның бір жағына жинап, кішкентай, өлшенетін кернеу тудыруы керек деп болжады. Электрон ашылғаннан он сегіз жыл бұрын, ол қолданған құралдағы шағын әсерді өлшеу – тәжірибелік шеберлік болды және "Магниттің электр тогына жасаған жаңа әсері" деген атпен жарияланды.
Wires carrying current in a magnetic field experience a mechanical force perpendicular to both the current and magnetic field. André Marie Ampère in the 1820s observed this underlying mechanism that led to the discovery of the Hall effect. However it was not until a solid mathematical basis for electromagnetism was systematized by James Clerk Maxwell's "On Physical Lines of Force" (published in 1861–1862) that details of the interaction between magnets and electric current could be understood. Edwin Hall then explored the question of whether magnetic fields interacted with the conductors or the electric current, and reasoned that if the force was specifically acting on the current, it should crowd current to one side of the wire, producing a small measurable voltage. Eighteen years before the electron was discovered, his measurements of the tiny effect produced in the apparatus he used were an experimental tour de force, published under the name "On a New Action of the Magnet on Electric Currents".
Бос орындардағы Холл эффектісі
Қалыпты Холл эффекті термині кіріспеде сипатталған әсерді, жартылай өткізгіш немесе металл пластинадағы бос кеңістік немесе тесікте, ток шекарадағы немесе жиегінде орналасқан контактілер арқылы жіберілген кезде пайда болатын ұқсас әсерден ажыратады. Заряд содан кейін металл немесе жартылай өткізгіш материалдың ішінде, бос кеңістіктің сыртынан ағып өтеді. Бұл әсер перпендикуляр магнит өрісінде ток контактілерін қосатын сызықтың екі жағында пайда болатын Холл кернеуі ретінде байқалады. Бұл, қарапайым түрде байланысқан үлгіде байқалатын "қалыпты" әсерге қарағанда, белгінің кері өзгеруін көрсетеді. Ол тек бос кеңістіктен жіберілген токқа ғана тәуелді.
The term ordinary Hall effect can be used to distinguish the effect described in the introduction from a related effect which occurs across a void or hole in a semiconductor or metal plate when current is injected via contacts that lie on the boundary or edge of the void. The charge then flows outside the void, within the metal or semiconductor material. The effect becomes observable, in a perpendicular applied magnetic field, as a Hall voltage appearing on either side of a line connecting the current contacts. It exhibits apparent sign reversal in comparison to the "ordinary" effect occurring in the simply connected specimen. It depends only on the current injected from within the void.
Холл эффектісі
Эффектің осы екі түрінің – қарапайым және бос эффектілердің – үстіне орналасуы да мүмкін. Бірінші кездесуде "қарапайым" конфигурацияны көзге елестетіңіз: (сыртқы) шекарасында ток контактілері бар, жай ғана байланысқан (бос кеңістігі жоқ) жұқа тіктөртбұрышты біртекті элемент. Бұл перпендикуляр магнит өрісінде Холл кернеуін тудырады. Содан кейін, осы қарапайым конфигурацияның ішінде төртбұрышты бос кеңістікті, жоғарыда айтылғандай, бос кеңістіктің ішкі шекарасында ток контактілерімен көзге елестетіңіз. (Оңай түсіну үшін, бос кеңістіктің шекарасындағы контактілерді сыртқы шекарадағы қарапайым конфигурацияның контактілерімен бірқатар орналасқандай елестетіңіз.) Мұндай біріктірілген конфигурацияда екі Холл эффектісі бір уақытта екі байланысқан құрылымда жүзеге асырылып, байқалуы мүмкін: сыртқы шекарадағы Холл эффектісі тек сыртқы шекара арқылы жіберілген токқа пропорционалды, ал ішкі шекарадағы, кері белгілі Холл эффектісі тек ішкі шекара арқылы жіберілген токқа пропорционалды. Холл элементінің ішінде бірнеше бос кеңістіктерді орналастыру арқылы бірнеше Холл эффектілерін үстіне орналастыруға болады, әр бос кеңістіктің шекарасында ток және кернеу контактілері болады. "Холл эффектілері" қосымша физикалық механизмдерге ие болуы мүмкін, бірақ олар осы негіздерге құрылған.
Superposition of these two forms of the effect, the ordinary and void effects, can also be realized. First imagine the "ordinary" configuration, a simply connected (void less) thin rectangular homogeneous element with current contacts on the (external) boundary. This develops a Hall voltage, in a perpendicular magnetic field. Next, imagine placing a rectangular void within this ordinary configuration, with current contacts, as mentioned above, on the interior boundary of the void. (For simplicity, imagine the contacts on the boundary of the void lined up with the ordinary configuration contacts on the exterior boundary.) In such a combined configuration, the two Hall effects may be realized and observed simultaneously in the same doubly connected device: A Hall effect on the external boundary that is proportional to the current injected only via the outer boundary, and an apparently sign reversed Hall effect on the interior boundary that is proportional to the current injected only via the interior boundary. The superposition of multiple Hall effects may be realized by placing multiple voids within the Hall element, with current and voltage contacts on the boundary of each void. Further "Hall effects" may have additional physical mechanisms but are built on these basics.
Жұлдыздар пайда болуына байланысты
Магниттік өрістер жұлдыздардың қалыптасуында маңызды рөл атқаратыны баршаға мәлім болғанымен, зерттеу модельдері Холл диффузиясы протожұлдыздардың пайда болуына себеп болатын гравитациялық құлдырау динамикасына шешуші түрде әсер ететінін көрсетеді.
Although it is well known that magnetic fields play an important role in star formation, research models indicate that Hall diffusion critically influences the dynamics of gravitational collapse that forms protostars.
Кванттық Холл эффектісі
MOSFET-те жасалатын екі өлшемді электрондық жүйеде, күшті магнит өрісі және төмен температура болғанда, кванттық Холл эффектін байқауға болады, онда Холл өткізгіштігі σ квантталған мәндерге өтетін кванттық Холл өтулеріне ұшырайды.
For a two dimensional electron system which can be produced in a MOSFET, in the presence of large magnetic field strength and low temperature, one can observe the quantum Hall effect, in which the Hall conductance σ undergoes quantum Hall transitions to take on the quantized values.
Кванттық спин Холл эффектісі
2007 жылы күміс теллуридінің күшті спин-орбиталық байланысы бар екі өлшемді кванттық құдықтарында, магнит өрісі жоқ және төмен температурада кванттық спин Холл эффектісі байқалды.
For mercury telluride two dimensional quantum wells with strong spin orbit coupling, in zero magnetic field, at low temperature, the quantum spin Hall effect has been observed in 2007.
Аномальды Холл эффектісі
Ферромагниттік материалдарда (және магнит өрісіндегі парамагниттік материалдарда) Холл кедергісіне аномальды Холл эффектісі (немесе ерекше Холл эффектісі) деп аталатын қосымша компонент кіреді, ол материалдың магниттелуіне тікелей байланысты және көбінесе қалыпты Холл эффектісінен әлдеқайда үлкен. (Бұл эффектінің магниттелудің жалпы магнит өрісіне қосатын үлесімен байланысты еместігіне назар аударыңыз.) Мысалы, никельде аномальды Холл коэффициенті Кюри температурасына жақын қалыпты Холл коэффициентінен шамамен 100 есе жоғары, бірақ екеуі де өте төмен температурада ұқсас. Бұл жақсы танылған құбылыс болғанымен, әртүрлі материалдарда оның пайда болу себептері әлі де талқыланып жүр. Аномальды Холл эффектісі заряд тасымалдаушылардың спинге тәуелді шашырауынан туындайтын сыртқы (ретсіздікке байланысты) эффекті болуы мүмкін, немесе кристалл импульс кеңістігіндегі (k кеңістігі) Берри фазалық эффектісі арқылы сипатталатын ішкі эффекті болуы мүмкін.
In ferromagnetic materials (and paramagnetic materials in a magnetic field), the Hall resistivity includes an additional contribution, known as the anomalous Hall effect (or the extraordinary Hall effect), which depends directly on the magnetization of the material, and is often much larger than the ordinary Hall effect. (Note that this effect is not due to the contribution of the magnetization to the total magnetic field.) For example, in nickel, the anomalous Hall coefficient is about 100 times larger than the ordinary Hall coefficient near the Curie temperature, but the two are similar at very low temperatures. Although a well recognized phenomenon, there is still debate about its origins in the various materials. The anomalous Hall effect can be either an extrinsic (disorder related) effect due to spin dependent scattering of the charge carriers, or an intrinsic effect which can be described in terms of the Berry phase effect in the crystal momentum space (k space).
Басқа Холл эффекттері
Холл эффекттері отбасы жартылай өткізгіш наноқұрылымдардағы басқа квазибөлшектерді қамтуға дейін кеңейді. Атап айтқанда, экситон және экситон поляритондары, 2D материалдар мен кванттық құдықтарға негізделген Холл эффекттерінің жиынтығы пайда болды.
The Hall Effects family has expanded to encompass other quasi particles in semiconductor nanostructures. Specifically, a set of Hall Effects has emerged based on excitons and exciton polaritons n 2D materials and quantum wells.
Қолданбалар
Холл сенсорлары Холл эффектісін түрлі сенсорлық қолданулар үшін күшейтеді және қолданады.
Hall sensors amplify and use the Hall effect for a variety of sensing applications.
Корбино эффектісі
Корбино эффектісі, оны ашқан Орсо Марио Корбиноның есімімен аталады, Холл эффектісімен байланысты құбылыс, бірақ тікбұрышты үлгінің орнына дискі тәрізді металл үлгі қолданылады. Дискінің пішіні Корбино дискісінде Холл эффектісіне негізделген магнитқа төзімділікті Холл кернеуісіз бақылауға мүмкіндік береді. Диск жазықтығына перпендикуляр магнит өрісіне түскен дөңгелек дискі арқылы өтетін радиалды ток дискіде "дөңгелек" ток тудырады. Бос көлденең шекаралардың болмауы Корбино эффектісін Холл эффектісінен түсінуді жеңілдетеді.
The Corbino effect, named after its discoverer Orso Mario Corbino, is a phenomenon involving the Hall effect, but a disc shaped metal sample is used in place of a rectangular one. Because of its shape the Corbino disc allows the observation of Hall effect–based magnetoresistance without the associated Hall voltage. A radial current through a circular disc, subjected to a magnetic field perpendicular to the plane of the disc, produces a "circular" current through the disc. The absence of the free transverse boundaries renders the interpretation of the Corbino effect simpler than that of the Hall effect.