Определение слова «Гальваномагнитные явления»

Большой энциклопедический словарь:

ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ — кинетические явления, возникающие под действием магнитного поля в проводниках, по которым течет ток. К гальваномагнитным явлениям относятся Холла эффект, магнетосопротивление, а также возникновение перепада температуры в направлении, перпендикулярном и току, и полю (эффект Эттингсхаузена) — и вдоль тока (эффект Нернста) — если ток перпендикулярен магнитному полю.

Большая советская энциклопедия:

Гальваномагнитные явления
Совокупность явлений, связанных с действием магнитного поля на электрические (гальванические) свойства твёрдых проводников (металлов и полупроводников), по которым течёт ток. Наиболее существенны Г. я. в магнитном поле Н, перпендикулярном току (поперечные Г. я.). К ним относится эффект Холла — возникновение разности потенциалов (эдс Холла Vh) в направлении, перпендикулярном полю Н и току j (j — плотность тока), и изменение электрического сопротивления проводника в поперечном магнитном поле. Разность между сопротивлением проводника в магнитном поле и без поля часто называется магнетосопротивлением.
Мерой эффекта Холла служит постоянная Холла:

Здесь d — расстояние между электрическими контактами, с помощью которых измеряют эдс Холла. Постоянная Холла в широких пределах не зависит от величины магнитного поля (а для металлов и от температуры). Линейная зависимость VH от магнитного поля Н используется для измерения магнитных полей (см. Магнитометр).
В электронных проводниках, в которых ток переносится «свободными» электронами (электронами проводимости (См. Электрон проводимости)), согласно простейшим представлениям, постоянная Холла выражается через число электронов проводимости n в см3. R = 1/nec (е — заряд электрона, с — скорость света). Поэтому измерение R служит одним из основных методов оценки концентрации электронов проводимости n в электронных проводниках. У электронных проводников R имеет знак минус. У полупроводников с дырочной проводимостью и у некоторых металлов постоянная Холла имеет знак плюс, соответствующий положительно заряженным носителям тока — Дыркам (см. Твёрдое тело). Т. к. эдс Холла меняет знак при изменении направления магнитного поля на обратное, то эффект Холла называется нечётным Г. я.
Относительное изменение сопротивления в поперечном поле (/), в обычных условиях (при комнатной температуре) очень мало: у хороших металлов (См. Металлы) (/) ~ 10-4 при H ~ 104 э. Важным исключением является висмут (Bi), у которого (/) — 2 при Н = 3 · 104э. Это позволяет его использовать для измерения магнитного поля. У полупроводников (См. Полупроводники) изменение сопротивления несколько больше, чем у металлов: (/) — 10-2—10-1 и существенно зависит от концентрации примесей в полупроводнике и от температуры. Например, у достаточно чистого германия (/) — 3 при Т = 90 К и H = 1,8 · 10-4э.
Понижение температуры и увеличение магнитного поля приводят к увеличению (/). П. Л. Капица (1929), используя магнитные поля в несколько сот тысяч э и сравнительно низкие температуры (температура жидкого азота), обнаружил существенное увеличение сопротивления большого числа металлов и показал, что в широком интервале магнитных полей (/) линейно зависит от магнитного поля (закон Капицы).
В слабых магнитных полях (/) пропорционально H2. Коэффициент пропорциональности между (/) и H2 положителен, т. е. сопротивление растет с увеличением магнитного поля. Изменение сопротивления в магнитном поле называется чётным Г. я., т. к. (/) не изменяет знак при изменении направления поля Н на обратное.
Так как сопротивление весьма чувствительно к качеству образца (к количеству примесей и дефектов кристаллической решётки), а также к температуре, то каждое измерение приводит к новой зависимости r от Н. Имеющиеся экспериментальные данные для металлов удобно описывать, выразив (/) в виде функции от Нэф = H300/, где 300 — сопротивление данного металла при комнатной температуре (Т = 300К), а — при температуре эксперимента. При этом различные данные, относящиеся к одному металлу, укладываются на одну кривую (правило Колера).
Основная причина Г. я. —искривление траекторий носителей тока (электронов проводимости и дырок) в магнитном поле (см. Лоренца сила). Траектория носителей в магнитном поле может существенно отличаться от траектории свободного электрона в магнитном поле — круговой спирали, навитой на магнитную силовую линию. Разнообразие траекторий носителей тока у различных проводников — причина разнообразия Г. я., а зависимость траектории от направления магнитного поля — причина анизотропии (См. Анизотропия) Г. я. в монокристаллах. Мерой влияния магнитного поля на траекторию электрона является отношение длины свободного пробега (См. Длина свободного пробега) l электрона к радиусу кривизны его траектории в поле Н: rн = cp/eH (р — импульс электрона). По отношению к Г. я. магнитное поле считают слабым, если Н Но = el/cp, и сильным, если Н Н0.
При комнатных температурах для различных металлов и хорошо проводящих полупроводников H0 ~ 105—107э, для плохо проводящих полупроводников Н0~108—109э. Понижение температуры увеличивает длину пробега l и потому уменьшает значение H0. Это позволяет, используя низкие температуры и обычные магнитные поля (~104э), осуществлять условия, соответствующие сильному полю Н >> Н0.
Измерение сопротивления монокристаллических образцов металлов в сильных магнитных полях — один из важных методов изучения металлов. Исследуется зависимость сопротивления от величины магнитного поля и его направления относительно кристаллографических осей. Теория Г. я. показала, что зависимость сопротивления от поля Н существенно связана с энергетическим спектром электронов. Резкая анизотропия сопротивления в сильных магнитных полях (у Au, Ag, Cu, Sn и др.) означает существ, анизотропию Ферми поверхности (См. Ферми поверхность). И, наоборот, небольшая анизотропия сопротивления в магнитном поле означает практическую изотропию поверхности Ферми. При этом, если с ростом магнитного поля для всех направлений не стремится к насыщению (Bi, As и др.), то электроны и дырки содержатся в проводниках в равных количествах. Стремление сопротивления к насыщению означает, что преобладают либо электроны, либо дырки (тип носителей может быть установлен по знаку постоянной Холла).
Наряду с поперечными Г. я. наблюдается также небольшое изменение сопротивления металлов в магнитном поле, параллельном току I: (/)||, наз. продольным гальваномагнитным эффектом. В сильных магнитных полях обнаруживаются квантовые эффекты, проявляющиеся в немонотонной (осциллирующей) зависимости постоянной Холла и сопротивления от поля Н.
При изучении Г. я. в тонких плёнках и проволоках имеет место зависимость (/) и (/)|| от размеров и формы образца (размерные эффекты). С ростом Н при rn d (d — наименьший размер образца) эта зависимость исчезает. В ферромагнитных металлах и полупроводниках (ферритах (См. Ферриты)) Г. я. обладают рядом специфических особенностей, обусловленных существованием самопроизвольной намагниченности в отсутствие магнитного поля. Например, эдс Холла в ферромагнетиках зависит не только от среднего поля Н в образце, но и от намагниченности, сопротивление в слабых полях иногда убывает (см. Ферромагнетизм, Холла эффект).
Лит.: Лифшиц И. М., Каганов М. И., Некоторые вопросы электронной теории металлов, «Успехи физических наук», 1965, т. 87, в. 3; 3айман Дж., Принципы теории твердого тела, пер. с англ., М., 1966
М. И. Каганов.

Физический энциклопедический словарь:

Совокупность явлений, связанных с действием магн. поля на электрические (гальванические) св-ва тв. проводников, по к-рым течёт ток. Наиболее существенны поперечные Г. я., когда магн. поле Н перпендикулярно току j (j — плотность тока). К ним относятся Холла эффект — возникновение разности потенциалов (эдс Холла) в направлении, перпендикулярном полю Н и току j, и поперечный магниторезистивный эффект — изменение электрич. сопротивления r проводника в поле Н. К продольным Г. я. относится небольшое изменение сопротивления Dr¦ в поле H¦j. В тонких плёнках и проволоках (Dr0/r)^ и (Dtr/r0)¦ зависят от размеров и формы образца (размерные эффекты). С ростом H эта зависимость исчезает. Г. я. в феррамагнетиках обладают рядом особенностей, обусловленных существованием самопроизвольной намагниченности в отсутствии магн. поля.
Осн. причина Г. я.— искривление траекторий носителей заряда — эл-нов проводимости и дырок — в ыагн. поле (см. ЛОРЕНЦА СИЛА). Траектории носителей могут существенно отличаться от траектории свободного эл-на в магн. поле — круговой спирали, навитой на магнитную силовую линию. Разнообразие траекторий носителей заряда у разл. проводников — причина многообразия Г. я. Мерой влияния магн. поля на движение носителей явл. отношение длины l свободного пробега носителей к радиусу кривизны rH траектории в поле Н (rH=ср/еН, р — ср. импульс). По отношению к Г. я. магн. поле считают слабым, если Н<-H0=cp/el, и сильным, если Н->Н0. При комнатной темп-ре для металлов и хорошо проводящих полупроводников H0»105—106 Э, для плохо проводящих полупроводников H0»108—109 Э. С понижением темп-ры l увеличивается и потому уменьшается Н0. Это позволяет, используя обычные магн. поля 104 Э, осуществлять условие H->H0.
При низких темп-pax наблюдаются квант. осцилляции сопротивления и постоянной Холла при изменении магн. поля (см. ШУБНИКОВА — ДЕ ХААЗА ЭФФЕКТ).

Смотреть другие определения →