Ylitettyjen virtojen salaisuudet - Hall-efekti

Viime vuosisadan lopulla nuori amerikkalainen fysiikan opiskelija Edwin Hall teki löytön, joka kirjoitti nimensä fysiikan oppikirjoihin. Hän suoritti yksinkertaisen, opiskelijakokeen - hän tutki virran etenemistä ohuessa metallilevyssä, joka oli sijoitettu voimakkaan sähkömagneetin napojen väliin. Kaikkien yliopistojen opiskelijat suorittavat laboratorioharjoituksen, jossa heille opetetaan yksinkertaisia ​​esimerkkejä kokeilun taitosta. Joten se oli tällä kertaa. Nöyrä opiskelija ei olisi voinut kuvitella, että hänen yksinkertainen kokemuksensa johti tutkimuksen lumivyöliin, joista osa merkitään kunniallisimmalla tieteellisellä palkinnolla - Nobel-palkinnolla.

Laite, jonka kanssa Hall työskenteli, koostui kahdesta poikkisuunnassa järjestetystä sähköpiiristä - näin he sitovat makeisrasiat nauhalla. Ketjut erottuivat toisistaan ​​siinä, että yksi niistä sisälsi sähköakun ja siitä tuleva virta kulki levyä pitkin, toisessa poikittaisella ei ollut virranlähteitä ja ne yksinkertaisesti yhdistivät levyn reunat.

Odotetusti siinä tapauksessa, että sähkömagneetti sammutettiin, instrumentit tallensivat virtauksen vain levyä pitkin - piirissä akun kanssa - ja sen poissaolon “tyhjässä” poikittaispiirissä. Ei ihme. Heti kun sähkömagneetti käynnistyi, sähkövirta sinänsä ilmestyi poikittaispiiriin, ikään kuin tyhjästä. Oli mielenkiintoista, mutta täällä ei ollut ihmettä - selitys löydettiin melko nopeasti. Pituussuuntaisessa ketjussa liikkuviin elektroniin vaikuttaa koulukirjassa tunnettu Lorentz-voima, joka taipuu poikittaissuunnan elektroniin, joka aiheutti pienen virran poikittaisketjussa - kaikki on yksinkertaisesti yksinkertaista.

Tämä ilmiö on pysynyt fysiikan takaosassa yli puoli vuosisataa, unohdettu puoli. Kopioi se mikroelektroniikan asiantuntijoiden arkistoihin. Aluksi kävi ilmi, että jos Hall-ajan karkeat mittauslaitteet korvataan nykyisillä, silloin hänen havaitsemansa ilmiön avulla voidaan laskea niiden varautuneiden hiukkasten lukumäärä, joiden liike aiheuttaa sähkövirran, mikä on erittäin tärkeää hiljaisten transistorien ja muiden erittäin herkkien mikroelektronisten laitteiden suunnittelijoille, jotka työskentelevät erittäin heikkojen kanssa virrat ja magneettikentät.

Hall-ilmiötä tutkittiin huolellisesti, eikä säästetty pyrkimyksiä parantamaan tarkkuutta. Kolmas, neljäs, viides desimaalin tarkkuudella mittauslaitteiden asteikoilla ... Ja tässä hämmästyttävän, ensi silmäyksellä, alkoi ilmestyä yksinkertaisesti uskomattomia ilmiöitä.

Ensimmäinen hämmästyttävä tulos saatiin kaksikymmentä vuotta sitten, seitsemänkymmenenluvun lopulla, kokeiluissa puolijohdepiireillä voimakkaassa magneettikentässä hyvin alhaisissa lämpötiloissa, vain muutaman asteen päässä "absoluuttisesta nollasta" - 273 astetta, kun aine jäätyy niin paljon, että lakkaa, kaikki molekyylin liikkeet jäätyvät. Joten jos tavallisissa lämpötiloissa, jotka ovat lähellä huoneenlämpötilaa, "sähkövirta" -piirin sähköinen vastus kasvaa vähitellen lisääntyessäsi magneettikentää, niin jostain syystä lähellä lämpötilaa nolla se muuttuu asteittain - ikään kuin sileä polku, jota pitkin virran hiukkaset liikkuvat, yhtäkkiä korvattu päällystetyllä syvällä kuopilla päällysteellä. Tasaiset käyrät, jotka tallentimet kirjoittivat, korvataan ajoittain "tikkaat", joiden askelmien korkeus oli yhtä suuri kuin vakio jaettuna kokonaislukuilla n = 1, 2, 3 ja niin edelleen.

Ja mikä on vielä yllättävää - jokaisessa vaiheessa pitkittäisvirtapiirin vastus putoaa nollaan, ts. Pitkittäisvirralle aineesta tulee suprajohdin - elektronit rullaavat ilman vastusta, mutta liitoksissa, siirryttäessä vaiheesta toiseen, vastus hyppää voimakkaasti ja suprajohtavuus katoaa heti.Kaikki tämä näytti jonkinlaiselta sekaannukselta - kuten sanotaan, kaikki oli sekoitettu Oblonsky-taloon!

Kuinka selittää tällaisen ylittyneiden virtojen omituisen käytöksen? Miksi he käyttäytyvät täysin eri tavoin? Sähköodynamiikka osoittautui voimattomaksi tämän arvoituksen edessä ... Olemme tottuneet siihen, että salaperäisiä ilmiöitä esiintyy monimutkaisissa kokeissa alkeispartikkeleilla tai syvällä avaruudessa mustien aukkojen räjähtäessä galakseja ja muita mielikuvitusta hämmästyttäviä esineitä, ja tässä ovat vain kokeiluja Vastuksella ja virtauksilla. Pitkin ja yli hoidettua aluetta ja - sinua!

V. Barashenkov, E. Kapustsik