Efectul Nernst-Ettingshausen

Efectul Nernst - Ettingshausen , sau efectul transversal Nernst-Ettingshausen , este un efect termomagnetic observat atunci când un semiconductor , în care există un gradient de temperatură , este plasat într-un câmp magnetic . Acest efect a fost descoperit în 1886 de W. Nernst și A. Ettingshausen. În 1948, efectul în metale a primit justificarea sa teoretică în lucrarea lui Sondheimer [1]

Esența efectului este că în semiconductor apare un câmp electric , perpendicular pe vectorul gradientului de temperatură și pe vectorul de inducție magnetică , adică în direcția vectorului . Dacă gradientul de temperatură este direcționat de-a lungul axei , iar inducția magnetică este de- a lungul axei , atunci câmpul electric este paralel de-a lungul axei . Prin urmare, între puncte și (vezi fig.) există o diferență de potențiale electrice . Mărimea intensității câmpului electric poate fi exprimată prin formula: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $X$ $Z$ $Y$ $A$ $b$ $u$ $E_{y)$

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

unde este așa-numita constantă Nernst-Ettingshausen , care depinde de proprietățile semiconductorului și poate lua atât valori pozitive, cât și negative. De exemplu, în germaniul cu o rezistență specifică de ~ 1 Ω /cm la temperatura camerei, se observă un câmp electric V /cm la Gs și K / cm. Valoarea constantei și, prin urmare, de asemenea , depinde puternic de temperatura probei și de câmpul magnetic, iar atunci când aceste valori se schimbă, ele pot chiar schimba semnul. $q_{\bot }$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ $E_{y}\sim 10^{-2)$ $q_{\bot }$ $E_{y)$

Efectul Nernst-Ettingshausen transversal are loc din același motiv ca și efectul Hall , adică ca rezultat al devierii unui flux de particule încărcate de către forța Lorentz . Totuși, diferența este că, cu efectul Hall, fluxul direcționat al particulelor rezultă din deriva lor într-un câmp electric și, în acest caz, ca rezultat al difuziei.

O diferență esențială este și faptul că, spre deosebire de constanta Hall, semnul nu depinde de semnul purtătorilor de sarcină. Într-adevăr, atunci când derivă într-un câmp electric, o schimbare a semnului sarcinii duce la o schimbare a direcției de derivă, ceea ce dă o schimbare a semnului câmpului Hall . În acest caz, totuși, fluxul de difuzie este întotdeauna direcționat de la capătul încălzit al probei către capătul rece, indiferent de semnul încărcăturii particulelor. Prin urmare, direcțiile forței Lorentz pentru particulele pozitive și negative sunt reciproc opuse, dar direcția fluxului de sarcină electrică în ambele cazuri este aceeași. $q_{\bot }$

Efectul Nernst-Ettingshausen longitudinal

Efectul Nernst-Ettingshausen longitudinal constă într-o modificare a puterii termoelectrice a metalelor și semiconductorilor sub influența unui câmp magnetic.

În absența unui câmp magnetic, puterea termoelectrică dintr-un semiconductor electronic este determinată de diferența dintre componentele de viteză ale electronilor rapidi (care se mișcă din partea fierbinte) și ale electronilor lenți (se mișcă din partea rece) de-a lungul gradientului de temperatură.

În prezența unui câmp magnetic, componentele longitudinale (de-a lungul gradientului de temperatură) și transversale (de-a lungul gradientului de temperatură) ale vitezei electronilor se modifică în funcție de unghiul de rotație al vitezei electronului în câmpul magnetic, care este determinat de calea liberă medie a electronilor în metal sau semiconductor. $\tau$

Dacă calea liberă medie pentru electronii lenți sau găurile (în semiconductori) este mai mare decât pentru cei rapizi, atunci , unde sunt componentele vitezei longitudinale ale electronilor lenți și rapidi în prezența unui câmp magnetic, sunt componentele longitudinale ale vitezelor de electroni lenți și rapizi în absența unui câmp magnetic. Valoarea puterii termoelectrice într-un câmp magnetic proporțional cu diferența va fi mai mare decât în absența unui câmp magnetic la o diferență . În schimb, dacă calea liberă medie pentru electronii lenți este mai scurtă decât pentru cei rapizi, prezența unui câmp magnetic reduce puterea termoelectrică. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

În semiconductorii electronici, puterea termoelectrică într-un câmp magnetic crește dacă calea liberă medie scade odată cu creșterea energiei electronilor (în timpul împrăștierii de către fononi acustici). $\tau$

În semiconductorii electronici, termoputerea într-un câmp magnetic scade dacă calea liberă medie crește odată cu creșterea energiei electronilor (în timpul împrăștierii de către atomii de impurități ionizate). [2] $\tau$

Literatură

Blatt F. J. Teoria mobilității electronilor în solide / Per. din engleza. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 p.
Tsidilkovskii IM Fenomene termomagnetice în semiconductori. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Seria „Fizica semiconductorilor și dispozitivelor semiconductoare”). — 396 p.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Influența neomogenităților cristalelor Bi 2 Te 3 asupra efectului transversal Nernst-Ettingshausen // Fizica și tehnologia semiconductoarelor. - 1997. - T. 31. - Nr. 4. - str. 441-443.

Note

↑ Sondheimer EH Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 21 iulie 1948. - Nr. 193. - pp. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Efecte cinetice în semiconductori. - L.: Nauka, 1970.

Vezi și

Efectul Ettingshausen