Nernst-Ettingshausenův efekt

Nernst - Ettingshausenův jev nebo příčný Nernst-Ettingshausenův jev je termomagnetický jev pozorovaný, když je polovodič , ve kterém je teplotní gradient , umístěn do magnetického pole . Tento efekt objevili v roce 1886 W. Nernst a A. Ettingshausen. V roce 1948 získal účinek v kovech své teoretické odůvodnění v práci Sondheimera [1]

Podstatou efektu je, že se v polovodiči objeví elektrické pole kolmé na vektor teplotního gradientu a vektor magnetické indukce , tedy ve směru vektoru . Pokud je teplotní gradient nasměrován podél osy a magnetická indukce je podél osy , pak je elektrické pole rovnoběžné s osou . Proto mezi body a (viz obr.) je rozdíl v elektrických potenciálech . Velikost intenzity elektrického pole lze vyjádřit vzorcem: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $X$ $Z$ $Y$ $A$ $b$ $u$ ${\displaystyle E_{y))$

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

kde je tzv. Nernst-Ettingshausenova konstanta , která závisí na vlastnostech polovodiče a může nabývat kladných i záporných hodnot. Například v germaniu se specifickým odporem ~ 1 Ω /cm při pokojové teplotě je pozorováno elektrické pole V /cm při Gs a K / cm. Hodnota konstanty , a tedy i , silně závisí na teplotě vzorku a na magnetickém poli, a když se tyto hodnoty změní, mohou změnit i znaménko. ${\displaystyle q_{\bot ))$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ ${\displaystyle q_{\bot ))$ ${\displaystyle E_{y))$

K příčnému Nernst-Ettingshausenovu jevu dochází ze stejného důvodu jako Hallův jev , tedy v důsledku vychýlení proudu nabitých částic Lorentzovou silou . Rozdíl je však v tom, že u Hallova jevu je usměrněný tok částic výsledkem jejich driftu v elektrickém poli a v tomto případě v důsledku difúze.

Podstatným rozdílem je také skutečnost, že na rozdíl od Hallovy konstanty není znaménko závislé na znaménku nosičů náboje. Při driftování v elektrickém poli totiž změna znaménka náboje vede ke změně směru driftu, což vede ke změně znaménka Hallova pole . V tomto případě je však difúzní tok vždy směrován od ohřátého konce vzorku ke konci studenému, bez ohledu na znaménko náboje částice. Proto jsou směry Lorentzovy síly pro kladné a záporné částice vzájemně opačné, ale směr toku elektrického náboje je v obou případech stejný. ${\displaystyle q_{\bot ))$

Podélný Nernst-Ettingshausenův efekt

Podélný Nernst-Ettingshausenův jev spočívá ve změně termoelektrického výkonu kovů a polovodičů vlivem magnetického pole.

V nepřítomnosti magnetického pole je termoelektrický výkon v elektronickém polovodiči určen rozdílem mezi rychlostními složkami rychlých elektronů (pohybujících se z horké strany) a pomalých elektronů (pohybujících se ze studené strany) podél teplotního gradientu.

V přítomnosti magnetického pole se podélná (podél teplotního gradientu) a příčná (přes teplotní gradient) složka rychlostí elektronů mění v závislosti na úhlu natočení rychlosti elektronu v magnetickém poli, který je určen úhlovou rychlostí. střední volná dráha elektronů v kovu nebo polovodiči. $\tau$

Pokud je střední volná dráha pro pomalé elektrony nebo díry (v polovodičích) větší než pro rychlé, pak , kde jsou podélné složky rychlosti pomalých a rychlých elektronů v přítomnosti magnetického pole, jsou podélné složky rychlostí pomalé a rychlé elektrony v nepřítomnosti magnetického pole. Hodnota termoelektrického výkonu v magnetickém poli úměrná rozdílu bude větší než při absenci magnetického pole při rozdílu . Naopak, pokud je střední volná dráha pro pomalé elektrony kratší než pro rychlé elektrony, přítomnost magnetického pole snižuje termoelektrický výkon. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

V elektronických polovodičích se termoelektrický výkon v magnetickém poli zvyšuje, pokud střední volná dráha klesá s rostoucí energií elektronů (při rozptylu akustickými fonony). $\tau$

U elektronických polovodičů se tepelný výkon v magnetickém poli snižuje, pokud střední volná dráha roste s rostoucí energií elektronů (při rozptylu ionizovanými atomy nečistot). [2] $\tau$

Literatura

Blatt F. J. Teorie mobility elektronů v pevných látkách / Per. z angličtiny. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 s.
Tsidilkovskii IM Termomagnetické jevy v polovodičích. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Řada "Fyzika polovodičů a polovodičových součástek"). — 396 s.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Vliv nehomogenit krystalů Bi 2 Te 3 na příčný Nernst-Ettingshausenův jev // Physics and Technology of Semiconductors. - 1997. - T. 31. - č. 4. - str. 441-443.

Poznámky

↑ Sondheimer EH The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 21. července 1948. - No. 193. - str. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Kinetické jevy v polovodičích. - L.: Nauka, 1970.

Viz také

Ettingshausenův efekt