Mysteries of Crossed Currents - Hall Effect

I slutningen af ​​forrige århundrede opdagede en ung amerikansk fysikstudent Edwin Hall en opdagelse, der skrev sit navn i fysikbøger. Han udførte et simpelt "studerende" eksperiment - han studerede udbredelsen af ​​strøm i en tynd metalplade placeret mellem polerne i en stærk elektromagnet. Studerende ved alle universiteter gennemgår laboratoriepraksis, hvor de undervises med enkle eksempler eksperimentets dygtighed. Så det var denne gang. En ydmyg studerende kunne ikke have forestillet sig, at hans enkle oplevelse ville give anledning til en lavine af forskning, hvoraf nogle vil være præget af den mest ærefulde videnskabelige pris - Nobelprisen.

Enheden, som Hall arbejdede med, bestod af to krydsvis arrangerede elektriske kredsløb - sådan binder de kasser med slik sammen med et bånd. Kæderne adskiller sig ved, at den ene af dem indeholdt et elektrisk batteri, og strømmen fra det passerede langs pladen, den anden på tværs, havde ingen strømkilder og forbundne blot pladernes kanter.

Som forventet, i det tilfælde, hvor elektromagneten blev slukket, registrerede instrumenterne strømmen kun langs pladen - i kredsløbet med batteriet - og dets fravær i det ”tomme” tværgående kredsløb. Ikke underligt. Så snart elektromagneten blev tændt, i tværkredsløbet, som fra intet, optrådte der imidlertid en elektrisk strøm på egen hånd. Det var interessant, men der var ikke noget mirakel her - en forklaring blev fundet ganske hurtigt. Elektroner, der bevæger sig i en langsgående kæde, påvirkes af Lorentz-kraften, der er velkendt fra skolens lærebog, som afbøjer elektroner i tværretningen, der genererer en lille strøm i tværkæden - alt er elementært enkelt.

I mere end et halvt århundrede, halvt glemt, er dette fænomen forblevet på bagsiden af ​​fysisk videnskab. Træk det i arkiverne af specialister i mikroelektronik. Først viste det sig, at hvis de grove måleapparater fra Hall-tiden blev erstattet med moderne, kunne det fænomen, der blev opdaget af ham, bruges til at tælle antallet af ladede partikler, hvis bevægelse genererer en elektrisk strøm, hvilket er meget vigtigt for designere af lavstøjstransistorer og andre meget følsomme mikroelektroniske enheder, der arbejder med meget svage strømme og magnetiske felter.

 

Hall-effekten blev undersøgt omhyggeligt, hvor man ikke skaffede nogen indsats for at forbedre nøjagtigheden. Den tredje, fjerde, femte decimal på måleinstrumentets skalaer ... Og her begyndte, ved første øjekast, utrolige fænomener at dukke op.

Det første fantastiske resultat blev opnået for tyve år siden, i slutningen af ​​halvfjerdserne, i eksperimenter med halvlederkredsløb i et stærkt magnetfelt ved meget lave temperaturer, kun få grader væk fra "absolut nul" - 273 grader celsius, når stoffet fryser så meget, at ophører, alle molekylære bevægelser fryser. Så hvis de almindelige temperaturer tæt på stuetemperatur gradvist øges den elektriske modstand i kredsløbet med "Hallstrømmen" med stigende magnetfelt, ændres det af en eller anden grund nær temperaturen nul trinvis - som om en glat bane, langs hvilken strømpartikler bevæger sig, pludselig erstattet af en brolagt med dybe buler fortov. De glatte kurver, som optagerne skrev ud, erstattes med mellemrum af en "stige", hvis højde af trinene var lig med en eller anden konstant divideret med heltal n = 1, 2, 3 og så videre.

Og hvad der er endnu mere overraskende - på hvert trin falder modstanden i det langsgående strømkredsløb til nul, det vil sige, at for længdestrømmen bliver stoffet en superleder - elektronerne ruller uden modstand, men ved samlingerne, når de bevæger sig fra et trin til et andet, springer modstanden skarpt og superledende forsvinder øjeblikkeligt.Alt dette lignede en slags forvirring - som de siger, alt var blandet sammen i Oblonsky-huset!

Hvordan forklares en så mærkelig opførsel af krydsede strømme? Hvorfor opfører de sig på helt forskellige måder? Elektrodynamik viste sig at være magtesløs foran denne gåte ... Vi er vant til, at mystiske fænomener forekommer i komplekse eksperimenter med elementære partikler eller dybt i rummet, når det kommer til sorte huller, eksploderende galakser og andre objekter, der forbløffer vores fantasi, og her er bare eksperimenter med modstand og strømme. Langs og på tværs af det plejede område og - på dig!

V. Barashenkov, E. Kapustsik

Comments

[#1]

Det er meget informativt og interessant, jeg vidste ikke, at der er nogle mørke steder i elektrikeren, for mig så alt ud til at blive afklassificeret og studeret, det viser sig ikke. Vi er stadig langt fra en fuldstændig forståelse af naturfænomener og forestillede os, at vi var voldgiftsmænd for hendes skæbne. Et meget nyttigt sted, jeg læser jævnligt.

[#2 Oleg]

Men er det en kvante Hall-effekt)