Nernst-Ettingshausen hatás

A Nernst - Ettingshausen-effektus vagy a transzverzális Nernst-Ettingshausen-effektus egy olyan termomágneses hatás , amely akkor figyelhető meg, amikor egy félvezetőt , amelyben hőmérsékleti gradiens van , mágneses térbe helyeznek . Ezt a hatást 1886 -ban fedezte fel W. Nernst és A. Ettingshausen. 1948-ban a fémekre gyakorolt hatás elméleti igazolását Sondheimer munkájában találta meg [1].

A hatás lényege, hogy a félvezetőben elektromos tér jelenik meg a hőmérséklet gradiens vektorára és a mágneses indukciós vektorra merőlegesen , azaz a vektor irányába . Ha a hőmérsékleti gradiens a tengely mentén irányul , a mágneses indukció pedig a tengely mentén , akkor az elektromos tér párhuzamos a tengely mentén . Ezért a pontok és (lásd az ábrát) között különbség van az elektromos potenciálokban . Az elektromos térerősség nagyságát a következő képlettel fejezhetjük ki: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $x$ $Z$ $Y$ $a$ $b$ $u$ ${\displaystyle E_{y))$

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

ahol az úgynevezett Nernst-Ettingshausen állandó , amely a félvezető tulajdonságaitól függ, és pozitív és negatív értékeket is felvehet. Például a ~ 1 Ω /cm fajlagos ellenállású germániumban szobahőmérsékleten V /cm elektromos tér figyelhető meg Gs és K / cm értékeknél. A konstans értéke , és így a , erősen függ a minta hőmérsékletétől és a mágneses tértől, és ha ezek az értékek változnak, akár előjelet is válthatnak. ${\displaystyle q_{\bot ))$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ ${\displaystyle q_{\bot ))$ ${\displaystyle E_{y))$

A keresztirányú Nernst-Ettingshausen-effektus ugyanazon okból következik be, mint a Hall-effektus , vagyis a töltött részecskék áramának a Lorentz-erő általi eltérítése eredményeként . A különbség azonban az, hogy a Hall-effektusnál a részecskék irányított áramlása az elektromos térben való sodródásukból, jelen esetben pedig a diffúzióból adódik.

Lényeges különbség az is, hogy a Hall konstanstól eltérően az előjel nem függ a töltéshordozók előjelétől. Valójában elektromos térben sodródáskor a töltés előjelének változása a sodródás irányának megváltozásához vezet, ami változást ad a Hall-mező előjelében . Ebben az esetben azonban a diffúziós fluxus mindig a minta fűtött végétől a hideg vég felé irányul, függetlenül a részecsketöltés előjelétől. Ezért a Lorentz-erő iránya pozitív és negatív részecskékre kölcsönösen ellentétes, de az elektromos töltés áramlási iránya mindkét esetben azonos. ${\displaystyle q_{\bot ))$

Longitudinális Nernst-Ettingshausen hatás

A longitudinális Nernst-Ettingshausen-effektus a fémek és félvezetők termoelektromos erejének mágneses tér hatására bekövetkező változásában áll.

Mágneses tér hiányában az elektronikus félvezetőben a termoelektromos teljesítményt a gyors (a meleg oldalról mozgó) és a lassú elektronok (a hideg oldalról mozgó) sebességkomponensei közötti különbség határozza meg a hőmérsékleti gradiens mentén.

Mágneses tér jelenlétében az elektronsebesség hosszirányú (a hőmérsékleti gradiens mentén) és keresztirányú (a hőmérsékleti gradiens mentén) komponensei az elektronsebesség mágneses térbeli forgásszögétől függően változnak, amelyet a az elektronok szabad útját jelenti a fémben vagy félvezetőben. $\tau$

Ha a lassú elektronok vagy lyukak (félvezetőkben) az átlagos szabad útja nagyobb, mint a gyorsaké, akkor hol vannak a lassú és gyors elektronok hosszirányú sebességkomponensei mágneses tér jelenlétében, a sebességek hosszirányú összetevői. lassú és gyors elektronok mágneses tér hiányában. A különbséggel arányos mágneses térben a termoelektromos teljesítmény értéke nagyobb lesz, mint mágneses tér hiányában a különbségnél . Ezzel szemben, ha a lassú elektronok átlagos szabad útja rövidebb, mint a gyorsaké, akkor a mágneses tér jelenléte csökkenti a termoelektromos teljesítményt. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

Az elektronikus félvezetőkben a mágneses térben a termoelektromos teljesítmény növekszik, ha az átlagos szabad út az elektronenergia növekedésével csökken (az akusztikus fononok szórása során). $\tau$

Az elektronikus félvezetőkben a mágneses térben a hőteljesítmény csökken, ha az átlagos szabad út az elektronenergia növekedésével növekszik (ionizált szennyezőatomok általi szórás során). [2] $\tau$

Irodalom

Blatt F. J. Az elektronok mozgékonyságának elmélete szilárd anyagokban / Per. angolról. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 p.
Tsidilkovskii IM Termomágneses jelenségek félvezetőkben. - M.: Fizmatgiz, 1960. - ("Félvezetők és félvezető eszközök fizikája" sorozat). — 396 p.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. A Bi 2 Te 3 kristályok inhomogenitásának hatása a keresztirányú Nernst-Ettingshausen effektusra // Félvezetők fizika és technológiája. - 1997. - T. 31. - 4. sz. - p. 441-443.

Jegyzetek

↑ Sondheimer EH The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 1948. július 21. - 193. sz. - pp. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Kinetikus hatások félvezetőkben. - L .: Nauka, 1970.

Lásd még

Ettingshausen hatás