Mysteries of Crossed Currents - Hiệu ứng Hall

Vào cuối thế kỷ trước, một sinh viên vật lý trẻ người Mỹ Edwin Hall đã thực hiện một khám phá ghi tên mình vào sách giáo khoa vật lý. Ông đã thực hiện một thí nghiệm đơn giản, sinh viên trực tuyến - ông đã nghiên cứu sự lan truyền của dòng điện trong một tấm kim loại mỏng đặt giữa hai cực của một nam châm điện mạnh. Sinh viên của tất cả các trường đại học trải qua thực hành trong phòng thí nghiệm, nơi họ được dạy với các ví dụ đơn giản về kỹ năng của thí nghiệm. Vì vậy, đó là thời gian này. Một sinh viên khiêm tốn không thể tưởng tượng rằng trải nghiệm đơn giản của mình sẽ tạo ra một trận tuyết lở nghiên cứu, một số trong đó sẽ được đánh dấu bằng giải thưởng khoa học danh giá nhất - Giải thưởng Nobel.

Thiết bị mà Hall làm việc bao gồm hai mạch điện được sắp xếp theo chiều ngang - đây là cách họ buộc một hộp kẹo bằng một dải ruy băng. Các chuỗi khác nhau ở chỗ một trong số chúng chứa pin điện và dòng điện từ nó truyền dọc theo tấm, cái còn lại, không có nguồn hiện tại và chỉ đơn giản là kết nối các cạnh của tấm.

Đúng như dự đoán, trong trường hợp khi nam châm điện bị tắt, các thiết bị chỉ ghi lại dòng điện dọc theo bản - trong mạch có pin - và sự vắng mặt của nó trong mạch ngang rỗng của Drake. Không có gì lạ. Tuy nhiên, ngay khi nam châm điện bật, một dòng điện tự nó xuất hiện trong mạch ngang, như thể không có gì. Thật thú vị, nhưng không có phép màu nào ở đây - một lời giải thích đã được tìm thấy khá nhanh chóng. Các electron chuyển động theo chuỗi dọc bị ảnh hưởng bởi lực Lorentz, được biết đến từ sách giáo khoa của trường, làm lệch hướng các electron theo hướng ngang, tạo ra một dòng điện nhỏ trong chuỗi ngang - mọi thứ đều đơn giản.

Trong hơn nửa thế kỷ, một nửa bị lãng quên, hiện tượng này vẫn còn ở phía sau của khoa học vật lý. Đào nó trong kho lưu trữ của các chuyên gia về vi điện tử. Lúc đầu, hóa ra rằng nếu các thiết bị đo thô của thời gian Hall được thay thế bằng các thiết bị hiện đại, thì hiện tượng được phát hiện bởi anh ta có thể được sử dụng để đếm số lượng hạt tích điện mà chuyển động của nó tạo ra dòng điện, rất quan trọng đối với các nhà thiết kế bóng bán dẫn có độ nhạy thấp và các thiết bị vi điện cực nhạy khác. dòng điện và từ trường.

 

Hiệu ứng Hall đã được nghiên cứu cẩn thận, không tiếc nỗ lực cải thiện độ chính xác. Vị trí thập phân thứ ba, thứ tư, thứ năm trên thang đo của dụng cụ đo lường ... Và ở đây, ngay từ cái nhìn đầu tiên, đơn giản là những hiện tượng lạ thường bắt đầu xuất hiện.

Kết quả đáng kinh ngạc đầu tiên thu được từ hai mươi năm trước, vào cuối những năm bảy mươi, trong các thí nghiệm với mạch bán dẫn trong từ trường mạnh ở nhiệt độ rất thấp, chỉ cách "độ không tuyệt đối" vài độ - vài độ C, khi chất này đóng băng rất nhiều chấm dứt, tất cả các chuyển động phân tử đóng băng. Vì vậy, nếu ở nhiệt độ bình thường gần với nhiệt độ phòng, điện trở trong mạch với dòng điện Hall Hall thì dần dần tăng lên khi từ trường tăng, vì một lý do nào đó gần nhiệt độ bằng không, nó thay đổi từng bước - như thể một con đường trơn tru dọc theo các hạt hiện tại di chuyển, đột nhiên được thay thế bằng một lát đá với vỉa hè sâu. Các đường cong mượt mà mà các máy ghi âm ghi ra được thay thế xen kẽ bởi một thang bậc thang, chiều cao của các bước bằng với một số hằng chia cho các số nguyên n = 1, 2, 3, v.v.

Và điều đáng ngạc nhiên hơn nữa - ở mỗi giai đoạn, điện trở trong mạch dòng dọc giảm xuống 0, nghĩa là đối với dòng điện dọc, chất này trở thành chất siêu dẫn - các electron lăn mà không có bất kỳ điện trở nào, nhưng ở các khớp, khi chuyển từ giai đoạn này sang giai đoạn khác, điện trở nhảy vọt và siêu dẫn ngay lập tức biến mất.Tất cả điều này trông giống như một sự nhầm lẫn nào đó - như họ nói, mọi thứ được trộn lẫn trong ngôi nhà Oblonsky!

Làm thế nào để giải thích một hành vi kỳ lạ của dòng chảy chéo? Tại sao họ cư xử theo những cách hoàn toàn khác nhau? Điện động lực hóa ra là bất lực trước câu đố này ... Chúng ta đã quen với thực tế là các hiện tượng bí ẩn xảy ra trong các thí nghiệm phức tạp với các hạt cơ bản hoặc sâu trong không gian khi đến các lỗ đen, nổ tung các thiên hà và các vật thể khác làm kinh ngạc trí tưởng tượng của chúng ta, và đây chỉ là các thí nghiệm với điện trở và dòng điện. Dọc theo và trên toàn khu vực chải chuốt và - trên bạn!

V. Barashenkov, E. Kapowersik

Comments

[#1]

Nó rất nhiều thông tin và thú vị, tôi không biết rằng có một số nơi tối tăm trong thợ điện, đối với tôi mọi thứ dường như được giải mật và nghiên cứu, hóa ra không phải. Tuy nhiên, chúng ta còn lâu mới hiểu được hoàn toàn các hiện tượng tự nhiên và tưởng tượng mình là người phân xử số phận của cô ấy. Một trang web rất hữu ích, tôi đọc bạn thường xuyên.

[#2 Oleg]

Nhưng nó có phải là hiệu ứng Hall lượng tử)