Фотомагнитоэлектрический эффект

Фотомагнитоэлектри́ческий эффе́кт (фотоэлектромагнитный эффект, эффект Кикоина – Носкова), возникновение электрического поля в полупроводнике, помещённом в магнитное поле, при освещении его сильно поглощаемым светом. Если на полупроводник падает свет, частота ω которого соответствует собственному поглощению: ${\displaystyle \hbar \omega {\text{= }}{\mathcal {\varepsilon _{g}}}}$, где ${\displaystyle {\text{ℏ}}}$ – постоянная Планка, ${\displaystyle {\mathcal {\varepsilon _{g}}}}$ – ширина запрещённой зоны полупроводника, то в тонком поверхностном слое образуется высокая концентрация электронов и дырок. Возникающий при этом градиент их концентрации приводит к появлению диффузионного потока носителей заряда в направлении падающего излучения. Если магнитное поле ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ приложено вдоль оси ${\displaystyle {z}}$, световой пучок и диффузионный поток направлены вдоль ${\displaystyle {y}}$, то магнитное поле отклоняет электроны и дырки в разные стороны, вызывая в направлении ${\displaystyle {x}}$ пространственное разделение зарядов. Если концы образца замкнуты, то в цепи возникает ток ${\displaystyle {\boldsymbol {j}}_{x}}$, если разомкнуты, то – фотоэдс (фотогальванический эффект).

В слабых магнитных полях эдс фотомагнитоэлектрического эффекта пропорциональна напряжённости магнитного поля ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ и меняет знак при изменении направления ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ на противоположное (нечётный фотомагнитоэлектрический эффект; открыт советскими физиками И. К. Кикоиным и М. М. Носковым в 1933).

Неоднородность плотности тока приводит на некороткозамкнутом образце к циркуляции тока: ток вблизи освещаемой поверхности течёт в одну сторону, а в глубине – в противоположную. В образце с разомкнутыми контактами полный ток, протекающий через всё сечение, равен нулю.

При действии магнитного поля на замкнутый циркулирующий ток в образце, когда направления ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ и диффузионного потока избыточных носителей при освещении образца не перпендикулярны друг другу, в направлении проекции ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ на плоскость образца возникает фотоэдс, не меняющая знак при изменении направления ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ на противоположное (чётный фотомагнитоэлектрический эффект; открыт И. К. Кикоиным в 1934).

В монокристаллических полупроводниках чётный и нечётный эффекты анизотропны – величина и знак эдс зависят от взаимной ориентации кристаллографических осей и вектора
${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$. Исследование анизотропии позволяет определить эффективные массы электронов и дырок вдоль различных кристаллографических осей образца.

Кроме обычного фотомагнитоэлектрического эффекта, обусловленного градиентом концентрации избыточных носителей заряда, при температурах ниже 20 К из-за разогрева носителей падающим излучением в образце возникает эдс, связанная с градиентом температуры (фототермомагнитный эффект).

На основе фотомагнитоэлектрического эффекта созданы надёжные методы определения времени жизни, диффузионной длины, скорости поверхностной рекомбинации неравновесных носителей заряда, а также детекторы излучения и магнитометры.