Mistérios de correntes cruzadas - Efeito Hall

No final do século passado, um jovem estudante de física americano Edwin Hall fez uma descoberta que entrou em seu nome nos livros didáticos de física. Ele conduziu um experimento simples de "aluno" - ele estudou a propagação de corrente em uma fina placa de metal colocada entre os pólos de um eletroímã forte. Estudantes de todas as universidades passam por práticas de laboratório, onde são ensinados com exemplos simples a habilidade do experimento. Então foi dessa vez. Um estudante modesto não poderia imaginar que sua experiência simples daria origem a uma avalanche de pesquisas, algumas das quais serão marcadas pelo mais honrado prêmio científico - o Prêmio Nobel.

O dispositivo com o qual Hall trabalhava consistia em dois circuitos elétricos dispostos transversalmente - é assim que eles amarram uma caixa de doces com uma fita. As correntes diferiam porque uma delas continha uma bateria elétrica e a corrente dela passava ao longo da placa, a outra transversal não possuía fontes de corrente e simplesmente conectava as bordas da placa.

Como esperado, no caso em que o eletroímã foi desligado, os instrumentos registraram o fluxo de corrente somente ao longo da placa - no circuito com a bateria - e sua ausência no circuito transversal “vazio”. Não é de admirar. No entanto, assim que o eletroímã foi ligado, uma corrente elétrica apareceu no circuito transversal, como se fosse do nada. Foi interessante, mas não houve milagre aqui - uma explicação foi encontrada rapidamente. Os elétrons que se movem em uma cadeia longitudinal são afetados pela força de Lorentz, conhecida no livro escolar, que desvia os elétrons na direção transversal, o que gera uma pequena corrente na cadeia transversal - tudo é simples.

Por mais de meio século, meio esquecido, esse fenômeno permaneceu na retaguarda da ciência física. Cavou nos arquivos por especialistas em microeletrônica. No início, descobriu-se que, se os dispositivos de medição grosseiros do tempo de Hall fossem substituídos por modernos, o fenômeno descoberto por ele poderia ser usado para contar o número de partículas carregadas cujo movimento gera uma corrente elétrica, o que é muito importante para projetistas de transistores de baixo ruído e outros dispositivos microeletrônicos altamente sensíveis que trabalham com dispositivos muito fracos. correntes e campos magnéticos.

O efeito Hall foi cuidadosamente estudado, sem poupar esforços para melhorar a precisão. A terceira, quarta e quinta casa decimal na balança de instrumentos de medição ... E aqui, à primeira vista, surpreendentes fenômenos simplesmente incríveis começaram a aparecer.

O primeiro resultado surpreendente foi obtido vinte anos atrás, no final dos anos setenta, em experimentos com circuitos semicondutores em um forte campo magnético a temperaturas muito baixas, a apenas alguns graus do "zero absoluto" - 273 graus Celsius, quando a substância congela tanto que cessam, todos os movimentos moleculares congelam. Portanto, se a temperaturas normais próximas à temperatura ambiente, a resistência elétrica no circuito com a "corrente Hall" aumenta gradualmente com o aumento do campo magnético, então, por algum motivo próximo à temperatura zero, ela muda gradualmente - como se um caminho suave ao longo do qual as partículas de corrente se movessem, de repente substituído por um pavimento pavimentado com solavancos profundos. As curvas suaves que os gravadores escreveram são substituídas intermitentemente por uma “escada”, cuja altura era igual a alguma constante dividida por números inteiros n = 1, 2, 3 e assim por diante.

E o que é ainda mais surpreendente - em cada estágio a resistência no circuito de corrente longitudinal cai para zero, ou seja, para a corrente longitudinal a substância se torna um supercondutor - os elétrons rolam sem resistência, mas nas articulações, ao passar de um estágio para outro, a resistência salta bruscamente e supercondutividade desaparece instantaneamente.Tudo isso parecia algum tipo de confusão - como se costuma dizer, tudo estava misturado na casa dos Oblonsky!

Como explicar um comportamento tão estranho de correntes cruzadas? Por que eles se comportam de maneiras completamente diferentes? A eletrodinâmica acabou sendo impotente diante desse enigma ... Estamos acostumados ao fato de que fenômenos misteriosos ocorrem em experimentos complexos com partículas elementares ou no espaço profundo quando se trata de buracos negros, galáxias explodindo e outros objetos que surpreendem nossa imaginação, e aqui estão apenas experimentos com resistência e correntes. Ao longo e em toda a área preparada e - em você!

V. Barashenkov, E. Kapustsik