Эффект Холла
Эффе́кт Хо́лла, возникновение в твёрдом проводнике с плотностью тока , помещённом в магнитное поле напряжённостью , электрического поля напряжённостью в направлении, перпендикулярном и . Открыт Э. Холлом в 1879 г. в тонких пластинках золота. Величина напряжённости электрического поля (поля Холла) , где – угол между и (). Если , то максимально: . Коэффициент называется постоянной Холла, которая полностью характеризует эффект Холла. Знак положителен, если , и образуют правовинтовую систему координат. ЭДС Холла измеряют между электродами, расположенными на боковых гранях образца в виде прямоугольной пластины ( – ширина, – толщина, которые намного меньше длины пластины), перпендикулярно току .
Возникновение ЭДС Холла обусловлено взаимодействием носителей тока (электронов и дырок) с внешним магнитным полем. Сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля на движущиеся заряды ( – заряд, – средняя скорость направленного движения носителей заряда, – их концентрация), приводит к отклонению носителей в направлении, перпендикулярном и , или к «закручиванию» их траектории. В результате возникает поле Холла, которое действует на заряды и уравновешивает силу Лоренца: , и, следовательно, . Знак совпадает со знаком носителей заряда. В металлах, где ≈1028 м−3, имеет порядок величины 10–9 м3/Кл, в полупроводниках ≈ 10−5–10−1 м3/Кл. Для металлов величина зависит от зонной структуры, степени чистоты образца, его ориентации относительно кристаллографических осей, величины магнитного поля и температуры.
При описании эффекта Холла в магнетиках следует учитывать наличие в них собственного молекулярного поля, создаваемого упорядоченными магнитными моментами. Тогда поле Холла имеет вид: (индексы , , указывают соответствующую проекцию на координатную ось; , – индукция магнитного поля и намагниченность магнетика соответственно; – постоянная аномального эффекта Холла). Вклад в поле Холла, пропорциональный , называют спонтанным или аномальным эффектом Холла, поскольку он реализуется в ферро-, антиферро- и ферримагнитных проводниках и полупроводниках. В ферромагнетиках может на порядок превышать величину . Постоянная имеет сложную температурную зависимость, причём знаки и могут не совпадать. За возникновение аномального эффекта Холла ответственно спин-орбитальное взаимодействие, которое приводит к асимметричному рассеянию носителей заряда в магнетиках. В сильных магнитных полях в плоских проводниках (квазидвумерных системах) проявляются квантовые особенности поведения носителей заряда (квазидвумерного электронного газа) – возникает квантовый эффект Холла. При дальнейшем увеличении магнитного поля перестройка электронной системы становится столь сильной, что приводит к т. н. дробному квантовому эффекту Холла.
Линейную зависимость поля Холла от используют для измерения напряжённости магнитного поля (датчики Холла). Эффект Холла применяется для умножения постоянных токов в аналоговых вычислительных машинах, в измерительной технике и др.