Nernst-Ettingshausenin efekti

Nernst - Ettingshausen - ilmiö tai poikittainen Nernst-Ettingshausen-ilmiö on termomagneettinen ilmiö , joka havaitaan, kun puolijohde , jossa on lämpötilagradientti , asetetaan magneettikenttään . Tämän vaikutuksen löysivät vuonna 1886 W. Nernst ja A. Ettingshausen. Vuonna 1948 metallien vaikutus sai teoreettisen perustelun Sondheimerin työssä [1]

Vaikutuksen olemus on, että puolijohteessa syntyy sähkökenttä , joka on kohtisuorassa lämpötilagradienttivektoriin ja magneettiseen induktiovektoriin nähden, eli vektorin suunnassa . Jos lämpötilagradientti on suunnattu pitkin akselia ja magneettinen induktio on pitkin , niin sähkökenttä on yhdensuuntainen akselin suuntaisesti . Siksi pisteiden ja (katso kuva) välillä on ero sähköisissä potentiaaleissa . Sähkökentän voimakkuuden suuruus voidaan ilmaista kaavalla: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $X$ $Z$ $Y$ $a$ $b$ $u$ ${\displaystyle E_{y))$

E_{y}={\frac {u}{d}}=q_{\bot }B_{z}{\frac {dT}{dx)),

missä on ns. Nernst-Ettingshausenin vakio , joka riippuu puolijohteen ominaisuuksista ja voi saada sekä positiivisia että negatiivisia arvoja. Esimerkiksi germaniumissa , jonka ominaisvastus on ~ 1 Ω /cm huoneenlämpötilassa, sähkökenttä V /cm havaitaan arvoilla Gs ja K / cm. Vakion arvo ja siten myös , riippuu voimakkaasti näytteen lämpötilasta ja magneettikentästä, ja kun nämä arvot muuttuvat, ne voivat jopa vaihtaa etumerkkiä. ${\displaystyle q_{\bot ))$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ ${\displaystyle q_{\bot ))$ ${\displaystyle E_{y))$

Poikittaissuuntainen Nernst-Ettingshausen-ilmiö syntyy samasta syystä kuin Hall-ilmiö eli Lorentzin voiman aiheuttaman varautuneiden hiukkasten virran taipumisen seurauksena . Erona on kuitenkin se, että Hall-ilmiössä hiukkasten suunnattu virtaus johtuu niiden ajautumisesta sähkökentässä ja tässä tapauksessa diffuusion seurauksena.

Olennainen ero on myös se, että toisin kuin Hall-vakio, etumerkki ei riipu varauksenkuljettajien etumerkistä. Itse asiassa sähkökentässä ajautuessa varauksen merkin muutos johtaa ajautuman suunnan muutokseen, mikä antaa muutoksen Hall-kentän etumerkissä . Tällöin diffuusiovuo kuitenkin suuntautuu aina näytteen lämmitetystä päästä kylmään päähän riippumatta hiukkasvarauksen merkistä. Siksi Lorentzin voiman suunnat positiivisille ja negatiivisille hiukkasille ovat vastakkaiset, mutta sähkövarauksen virtaussuunta on molemmissa tapauksissa sama. ${\displaystyle q_{\bot ))$

Pitkittäinen Nernst-Ettingshausen-efekti

Pitkittäinen Nernst-Ettingshausen-ilmiö muodostuu metallien ja puolijohteiden lämpösähköisen tehon muutoksesta magneettikentän vaikutuksesta.

Magneettikentän puuttuessa lämpösähköinen teho elektronisessa puolijohteessa määräytyy nopeiden (kuummalta puolelta liikkuvien) ja hitaiden elektronien (liikkuvien kylmältä puolelta) nopeuskomponenttien välisen eron perusteella lämpötilagradienttia pitkin.

Magneettikentän läsnäollessa elektronien nopeuksien pituussuuntaiset (lämpötilagradienttia pitkin) ja poikittaissuuntaiset (lämpötilagradientin poikki) komponentit muuttuvat riippuen elektronin nopeuden kiertokulmasta magneettikentässä, jonka määrää tarkoittaa elektronien vapaata polkua metallissa tai puolijohteessa. $\tau$

Jos hitaiden elektronien tai reikien (puolijohteessa) keskimääräinen vapaa polku on suurempi kuin nopeiden, niin missä ovat hitaiden ja nopeiden elektronien pituussuuntaiset nopeuskomponentit magneettikentän läsnä ollessa, ovat elektronin nopeuksien pitkittäiskomponentit. hitaat ja nopeat elektronit magneettikentän puuttuessa. Termosähköisen tehon arvo eroon verrannollisessa magneettikentässä on suurempi kuin ilman magneettikenttää erossa . Kääntäen, jos hitaiden elektronien keskimääräinen vapaa polku on lyhyempi kuin nopeiden elektronien, magneettikentän läsnäolo vähentää lämpösähköistä tehoa. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

Elektronisissa puolijohteissa lämpösähköinen teho magneettikentässä kasvaa, jos keskimääräinen vapaa reitti pienenee elektronienergian kasvaessa (akustisten fononien sironnan aikana). $\tau$

Elektronisissa puolijohteissa lämpöteho magneettikentässä pienenee, jos keskimääräinen vapaa polku kasvaa elektronienergian kasvaessa (ionisoituneiden epäpuhtausatomien aiheuttaman sironnan aikana). [2] $\tau$

Kirjallisuus

Blatt F. J. Elektronien liikkuvuuden teoria kiinteissä aineissa / Per. englannista. - M.: Fizmatlit, 1963. - 224 s.
Tsidilkovskii IM Lämpömagneettiset ilmiöt puolijohteissa. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Sarja "Puolijohteiden ja puolijohdelaitteiden fysiikka"). — 396 s.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Bi 2 Te 3 -kiteiden epähomogeenisuuksien vaikutus poikittaissuuntaiseen Nernst-Ettingshausenin vaikutukseen // Puolijohteiden fysiikka ja tekniikka. - 1997. - T. 31. - Nro 4. - s. 441-443.

Muistiinpanot

↑ Sondheimer EH Metallien galvanomagneettisten ja termomagneettisten vaikutusten teoria // Proceedings of the Royal Society A. - 21. heinäkuuta 1948. - Nro 193. - s. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Kineettiset vaikutukset puolijohteissa. - L .: Nauka, 1970.

Katso myös

Ettingshausenin vaikutus