Просмотр кода страницы Эффект Нернста — Эттингсгаузена

{{Термоэлектрические явления}}
'''Эффект [[Нернст, Вальтер Герман|Нернста]] — [[Эттингсгаузен, Альберт фон|Эттингсгаузена]]''', или '''поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена''', — [[Термогальваномагнитные явления|термомагнитный эффект]], наблюдаемый при помещении [[полупроводник]]а, в котором имеется [[градиент]] [[Температура|температуры]], в [[магнитное поле]]. Данный эффект был открыт в [[1886 год]]у В. Нернстом и А. Эттингсгаузеном. В 1948 году эффект в металлах получил своё теоретическое обоснование в работе Зондхаймера<ref>''Sondheimer E. H.'' [http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/193/1035/484 The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals] {{Wayback|url=http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/193/1035/484 |date=20160304125842 }} // Proceedings of the Royal Society A. — July 21, 1948. — №193. — pp. 484-512; {{doi|10.1098/rspa.1948.0058}}.</ref>
[[Файл:Иллюстрация к эффекту Нернста — Эттингсгаузена.png|thumb|300px]]
Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется [[электрическое поле]] <math>\mathbf{E}</math>, перпендикулярное к вектору градиента температур <math>\nabla T</math> и [[Магнитная индукция|вектору магнитной индукции]] <math>\mathbf{B}</math>, то есть в направлении вектора <math>[\nabla T,\;\mathbf{B}]</math>. Если градиент температуры направлен вдоль оси <math>X</math>, а магнитная индукция — вдоль <math>Z</math>, то электрическое поле параллельно вдоль оси <math>Y</math>. Поэтому между точками <math>a</math> и <math>b</math> (см. рис.) возникает разность электрических потенциалов <math>u</math>. Величину напряжённости электрического поля <math>E_y</math> можно выразить формулой:
: <math>E_y=\frac{u}{d}=q_\bot B_z\frac{dT}{dx},</math>
где <math>q_\bot</math> — так называемая '''постоянная Нернста — Эттингсгаузена''', которая зависит от свойств полупроводника и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Например, в [[Германий|германии]] с удельным сопротивлением ~&nbsp;1&nbsp;[[Ом]]/см при комнатной температуре, при <math>B\sim 10^3</math>&nbsp;[[Гаусс (единица измерения)|Гс]] и <math>dT/dx\sim 10^2</math>&nbsp;[[Кельвин|К]]/см наблюдается электрическое поле <math>E_y\sim 10^{-2}</math>&nbsp;[[Вольт|В]]/см. Значение постоянной <math>q_\bot</math>, а следовательно и <math>E_y</math>, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.

Поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и [[эффект Холла]], то есть в результате отклонения потока заряженных частиц [[Сила Лоренца|силой Лоренца]]. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.

Существенным отличием является также тот факт, что, в отличие от постоянной Холла, знак <math>q_\bot</math> не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака [[поле Холла|поля Холла]]. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака
заряда частиц. Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.

== Продольный эффект Нернста — Эттингсгаузена ==
Продольный эффект Нернста — Эттингсгаузена заключается в изменении [[термоэдс]] металлов и полупроводников под влиянием магнитного поля.

В отсутствие магнитного поля [[термоэдс]] в электронном полупроводнике определяется разностью компонент скоростей быстрых электронов (движущихся с горячей стороны) и медленных электронов (движущихся с холодной стороны) вдоль градиента температуры.

При наличии магнитного поля продольные (вдоль градиента температуры) и поперечные (поперек градиента температуры) компоненты скоростей электронов изменяются в зависимости от угла поворота скорости электронов в магнитном поле, определяемого временем свободного пробега электронов <math>\tau</math> в металле или полупроводнике.

Если время свободного пробега <math>\tau</math> для медленных электронов или дырок (в полупроводниках) больше, чем для быстрых, то <math>\frac{v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}>\frac{v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}</math>, где <math>v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)</math> — продольные компоненты скоростей медленных и быстрых электронов при наличии магнитного поля, <math>v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)</math> — продольные компоненты скоростей медленных и быстрых электронов при отсутствии магнитного поля. Величина термоэдс в магнитном поле, пропорциональная разности <math>v_{2x}(H)-v_{1x}(H)</math> будет больше, чем в отсутствие магнитного поля при разности <math>v_{2x}(0)-v_{1x}(0)</math>. И, наоборот, если время свободного пробега <math>\tau</math> для медленных электронов меньше, чем для быстрых, наличие магнитного поля уменьшает термоэдс.

В электронных полупроводниках термоэдс в магнитном поле увеличивается, если время свободного пробега <math>\tau</math> уменьшается с увеличением энергии электрона (при рассеянии на акустических фононах).

В электронных полупроводниках термоэдс в магнитном поле уменьшается, если время свободного пробега <math>\tau</math> увеличивается с увеличением энергии электрона (при рассеянии на ионизированных атомах примеси).<ref>''Аскеров Б. М.'' Кинетические эффекты в полупроводниках. — Л.: Наука, 1970.</ref>

== Литература ==
* ''Блатт Ф. Дж.'' Теория подвижности электронов в твёрдых телах / Пер. с англ. — М.: Физматлит, 1963. — 224 с.
* ''[[Цидильковский, Исаак Михайлович|Цидильковский И. М.]]'' Термомагнитные явления в полупроводниках. — М.: Физматгиз, 1960. — (Серия «Физика полупроводников и полупроводниковых приборов»). — 396 с.
* ''Житинская М. К., Немов С. А., Свечникова Т. Е.'' [http://journals.ioffe.ru/ftp/1997/04/p441-443.pdf Влияние неоднородностей кристаллов Bi<sub>2</sub>Te<sub>3</sub> на поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена] // Физика и техника полупроводников. — 1997. — Т. 31. — № 4. — с. 441—443.

== Примечания ==
{{примечания}}

== См. также ==
* [[Эффект Эттингсгаузена]]

[[Категория:Гальваномагнитные эффекты]]
[[Категория:Магнитотермические эффекты]]
[[Категория:Термоэлектрические явления]]