Эффект Холла.
Современная теория электромагнетизма была систематизирована Джеймсом Клерком Максвеллом в статье «О физических силовых линиях», которая была опубликована в четырёх частях между 1861—1862 гг. В то время как статья Максвелла установила прочную математическую основу для теории электромагнетизма, подробные детали теории всё ещё исследуются. Один из таких вопросов касался механизмов взаимодействия между магнитами и электрическим током, в том числе о том, взаимодействуют ли магнитные поля с проводниками или с самим электрическим током. Эдвин Холл, рассуждая над этим вопросом, предположил, что ток должен отклоняться в проводнике помещённом в магнитное поле, поскольку если электрический ток в неподвижном проводнике сам притягивается магнитом, ток должен быть отклонён на одну сторону провода, и, следовательно, испытываемое сопротивление должно увеличиться.
В 1879 году он исследовал это взаимодействие и обнаружил эффект Холла в тонких пластинках золота, когда работал над докторской диссертацией в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд. Несмотря на отрицательный результат наблюдения поперечного магнитосопротивления, он успешно измерил возникновение разности потенциалов на краях образца. За восемнадцать лет до открытия электрона его измерения крошечного эффекта, наблюдаемого в установке, которую он использовал, было феноменальным экспериментальным достижением, опубликованным под названием «О новом действии магнита на электрические токи». Эдвин Холл не обнаружил возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, поскольку использовал слабые поля. Также магнитосопротивление не следует из теории металлов Друде, расчёты по которой приводятся ниже. Однако при более строгих расчётах и в сильных магнитных полях магнитосопротивление проявляется достаточно хорошо.
Эффект Холла связан с природой носителей тока в проводнике. Ток представляется как направленное движение множества крошечных носителей заряда, обычно электронов — отрицательно заряженных частиц, но в твёрдом теле могут появляться и другие квазичастицы — дырки, которые несут положительный заряд. В присутствии магнитного поля, движущиеся заряды испытывают силу, называемую силой Лоренца. Когда такое магнитное поле отсутствует, заряды следуют приблизительно по прямым путям между столкновениями с примесями, фононами и другими дефектами. Время между столкновениями называется временем свободного пробега. При приложении магнитного поля с перпендикулярной к направлению тока составляющей, их пути между столкновениями искривляются, таким образом, что в конечном образце заряды определённого знака накапливаются на одной из его сторон, а заряд с противоположным знаком накапливается на другой стороне. Результатом является асимметричное распределение плотности заряда по образцу, возникающее из-за силы, перпендикулярной как направлению тока, так и приложенному магнитному полю. Разделение зарядов противоположного знака создаёт электрическое поле, которое препятствует диффузии и дальнейшему накоплению заряда на границах образца, поэтому постоянный электрический потенциал устанавливается пока течёт ток.
В классическом электромагнетизме электроны движутся в направлении, противоположном направлению тока I (по соглашению «ток» описывает теоретический поток положительно заряженных частиц). В некоторых металлах и полупроводниках кажется, текут положительно заряженные частицы — «дырки», потому что знак Холловского напряжения противоположный приведённому ниже для электронов.
.png)
