Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям

носители имеют разные времена жизни (рис. 17.7). При отсут­ ствии внешнего магнитного поля электрическое сопротивление такого устройства определяется веществом с большим временем жизни носителя. Здесь сопротивление зависит от характерной для вещества заселенности уровней для носителей, которая, в свою очередь, зависит от времени жизни носителя. При наличии соответствующим образом направленного магнитного поля как электроны, так и дырки переносятся из вещества с большим временем жизни носителей в вещество с меньшим временем жизни носителей, где они соединяются (рекомбинируют) и исче­ зают как носители электрического заряда.

В устройстве, состоящем из вещества одного вида, магнито­ резистивный эффект является, главным образом, следствием кон­ центрации носителей у одной стороны проводника. Хотя увеличе­ ние заселенности носителей в этой области повышает скорость рекомбинации, вследствие чего уменьшается число имеющихся носителей, этот процесс играет второстепенную роль. Объединив два различных вещества, как было указано выше, можно усилить влияние фактора потери носителей из-за рекомбинации и тем самым сделать более интенсивным магниторезистивный эффект.

17.19.АДИАБАТИЧЕСКИЙ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА

Впроводнике с током, помещенном в магнитное поле, наво­ дится напряжение в направлении, перпендикулярном направле­ ниям электрического тока и магнитного поля. Явление возникно­ вения такого напряжения называется эффектом Холла, а само наводимое напряжение — напряжением Холла.

Существуют два типа носителей электрического тока — поло­ жительные носители, движущиеся в одном направлении, и отри­ цательные носители, движущиеся в противоположном направле­ нии (см. рис. 17.2). Как показано на рис. 2.2, отрицательные

носители, движущиеся в некотором направлении через магнитное поле, испытывают действие силы, стремящейся отклонить их дви­ жение от прямолинейной траектории. Положительные носители, движущиеся в противоположном направлении через то же самое магнитное поле, отклоняются в том же направлении, что и отри­ цательные носители. В результате такого отклонения всех носи­ телей тока под влиянием сил Лоренца к одной и той же стороне проводника устанавливается градиент заселенности носителей, причем у одной стороны проводника число носителей на единицу объема будет больше, чем у другой.

На рис. 17.5 иллюстрируется общий результат этого процесса, когда имеются одинаковые численности носителей двух типов. Здесь градиенты потенциала, порождаемые носителями двух типов, направлены противоположно один другому, так что их влияние невозможно обнаружить при наблюдении извне. Если же носители одного типа более многочисленны, чем носители другого типа, то градиент заселенности носителей порождает градиент потенциала Холла, вследствие чего можно обнаружить

электроны, несущие отрицательный заряд, а на рис. 17.9 — усло­ вия, когда все носители являются положительно заряженными дырками.

Если течение тока поперек проводника под влиянием напря­ жения Холла невозможно, то между силами Лоренца и напря­ жением Холла устанавливается равновесие. В этом случае силы Лоренца стремятся создать .градиент заселенности носителей по­ перек проводника, тогда как напряжение Холла стремится вос­ становить равномерное распределение заселенности по всему объему проводника. Напряженность (напряжение на единицу толщины) электрического поля Холла, направленного перпенди­ кулярно направлениям й тока, и магнитного поля, определяется следующей формулой:

где Ки — коэффициент Холла (его знак и абсолютная величина могут сильно изменяться в зависимости от конкретных условий); В — магнитная индукция и / — плотность тока, текущего в про­ воднике (значение тока на единицу площади поперечного сечения проводника).

Определение «адиабатический» используется для описания ус­ ловий, когда отсутствуют какие-либо тепловые потоки снаружи в рассматриваемую систему или наружу из системы. В устройст­ вах, показанных на рис. 17.8 и 17.9, с обеих сторон проводника имеются слои изоляционного материала, предотвращающие тепловые потоки и течение тока в поперечном направлении.

Поскольку напряжение Холла зависит от неравномерности

распределения носителей, оно может поддерживаться внутри тела только при условии подачи энергии от некоторого источника, внешнего по отношению к телу. Эта энергия поступает от электрического поля, создающего исходный ток в веществе.

Вгальваномагнитном веществе устанавливаются два градиен­ та потенциала. Исходный градиент потенциала определяется как плотность исходного тока, умноженная на удельное сопротивле­ ние вещества, а градиент потенциала Холла — как плотность исходного тока, умноженная на коэффициент Холла. Поскольку эти два градиента направлены взаимно перпендикулярно, можно рассмотреть их векторную сумму, направление которой будет отклонено на некоторый угол от направления исходного тока. Этот угол, значение которого определяется отношением напря­ женностей электрического поля, ориентированного поперек на­ правления тока и электрического поля, генерируемого вдоль на­ правления тока, называют углом Холла. Он может быть положи­ тельным или отрицательным относительно направления тока в зависимости от того, какие носители преобладают — положитель­ ные или отрицательные.

17.20.АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ХОЛЛА

Воснове эффекта Холла лежит механизм влияния носителя

спреобладающей засоленностью, который зависит от общих физических свойств проводящего вещества. У металлов и полу­ проводников я-типа носителями являются электроны, у полупро­ водников д-типа — дырки.