ჰოლის ეფექტი

ჰოლის ეფექტი — $H$ დაძაბულობის მაგნიტურ ველში მოთავსებულ გამტარში, რომელშიც გადის $j$ სიმკვრივის დენი, $H$ და $j$ ვექტორების პერპენდიკულარულად მიმართული $E_{H}$ დაძაბულობის ელექტრული ველის წარმოქმნა. ელექტრული ველის დაძაბულობის (ჰოლის ველი) სიდიდე გამოსახება ფორმულით:

ჰოლის ეფექტი

$E_{H}=RHj\sin \alpha$ (1)

სადაც $\alpha$ არის კუთხე $H$ და $J$ ვექტორებს შორის ($\alpha$<180°). თუ $H$ ∟ $j$, ჰოლის ველის სიდიდე მაქსიმალურია და უდრის $E_{H}=RHj$; $R$ სიდიდეს უწოდებენ ჰოლის კოეფიციენტს, იგი ჰოლის ეფექტის ძირითადი მახასიათებელია. ეფექტი აღმოაჩინა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ედვინ ჰოლმა 1879 წელს.

ჰოლის ეფექტზე დასაკვირვებლად საკვლევი ნივთიერებების ბრტყელი მართკუთხა ნიმუშის გასწვრივ, რომლის $l$ სიგრძე ბევრად აღემატება $b$ სიგანეს და $d$ სისქეს, ატარებენ დენს $I=jbd$. მაგნიტური ველი პერპენდიკულარულია ფირფიტის სიბრტყისა. გვერდითს წახნაგებზე დენის პერპედინკულარულად განლაგებულია ელექტროდები, რომელთა შორის იზომება ჰოლის ემძ:

$U_{H}=E_{H}b={\frac {RHI}{d}}$ (2)

როცა მაგნიტური ველის მიმართულება საწინააღმდეგოზე შეიცვლება, ჰოლის ემძ ნიშანს იცვლის, ამიტომ ჰოლის ეფექტი განეკუთვნება კენტ გალვანურ-მაგნიტურ მოვლენებს.

ჰოლის ეფექტი აიხსნება მუხტების მატარებლების (გამტარობის ელექტრონებისა და ხვრელების) მაგნიტურ ველთან ურთიერთქმედებით. ელექტრული ველის გავლენით მუხტის მატარებელი დამუხტული ნაწილაკები იძენენ მიმართულ მოძრაობას (დრეიფი), რომლის საშუალო სიჩქარე $v$დრ≠0. გამტარში დენის სიმკვრივე $j=nev$დრ, სადაც $n$ არის მუხტის მატარებლის კონცენტრაცია, ხოლო $e$ — მათი მუხტი. მაგნიტურ ველში მუხტის მატარებლებზე მოქმედებს ლორენცის ძალა $F=e[Hv$დრ$]$, რომელიც იწვევს მათ გადახრას $H$ და $v$დრ ვექტორების პერპენდიკულარული მიმართულებით. ამის შედეგად გვერდითს წახნაგებზე გროვდება ელექტრული მუხტი და წარმოიქმნება ელექტროსტატიკური ველი — ჰოლის ველი. თავის მხრივ ჰოლის ველი მოქმედებს მუხტის მატარებელზე ძალით, რომელიც აწონასწორებს ლორენცის ძალას. წონასწორულ პირობებში $eE_{H}=eHv$დრ, $E_{H}=Hj{\frac {1}{ne}}$, საიდანაც $R=1/ne$ (სმ³/კ). $R$ ნიშანი ემთხვევა მუხტის მატარებლის მუხტის ნიშანს. ჰოლის კოეფიციენტი $R$ შეიძლება გამოისახოს მუხტის მატარებელთა ძვრადობისა $(u=e\tau /m$*$)$ და კუთრი ელექტროგამტარობის $(\sigma =j/E=env$დრ$/E)$ მეშვეობით: $R=u/\sigma$, სადაც $m$* არის ეფექტიანი მასა, ხოლო $\tau$—საშუალო დრო გამბნევ ცენტრებთან ორ მომდევნო დაჯახებას შორის.

ნახევარგამტარების ელექტროგამტარობაში ერთდროულად მონაწილეობენ გამტარობის ელექტრონები და ხვრელები. ამიტომ $R$ ჰოლის მუდმივა გამოისახება ელექტრონებისა და ხვრელების პარციალური გამტარობების, აგრეთვე მათი კონცენტრაციების მეშვეობით. ლითონებში $R$ მუდმივა დამოკიდებულია ზონურ სტრუქტურაზე (ფერმის ზედაპირის ფორმაზე) ფერომაგნეტიკებში ელექტრონები ემორჩილება გარე მაგნიტური ველისა და დომენების მაგნიტური ველების ერთობლივ მოქმედებას, რაც განსაკუთრებულ ფერომაგნიტურ ჰოლის ეფექტს იწვევს.

ჰოლის ეფექტის გამოკვლევამ მნიშვნელოვანი როლი შეასრულა მყარი სხეულის ელექტრონული თეორიის შექმნაში.

ლიტერატურა

• ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 11, თბ., 1987. — გვ. 680-681.