Nernst-Ettingshausen effekt

Nernst - Ettingshausen-effekten , eller den tvärgående Nernst-Ettingshausen-effekten , är en termomagnetisk effekt som observeras när en halvledare , i vilken det finns en temperaturgradient , placeras i ett magnetfält . Denna effekt upptäcktes 1886 av W. Nernst och A. Ettingshausen. 1948 fick effekten i metaller sin teoretiska motivering i Sondheimers arbete [1]

Kärnan i effekten är att ett elektriskt fält uppträder i halvledaren , vinkelrätt mot temperaturgradientvektorn och den magnetiska induktionsvektorn , det vill säga i vektorns riktning . Om temperaturgradienten är riktad längs axeln , och den magnetiska induktionen är längs , är det elektriska fältet parallellt längs axeln . Därför, mellan punkterna och (se fig.) finns det en skillnad i elektriska potentialer . Storleken på den elektriska fältstyrkan kan uttryckas med formeln: $\mathbf {E}$ $\nabla T$ $\mathbf {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $X$ $Z$ $Y$ $a$ $b$ $u$ ${\displaystyle E_{y))$

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

var är den så kallade Nernst-Ettingshausen-konstanten , som beror på halvledarens egenskaper och kan ta både positiva och negativa värden. Till exempel, i germanium med ett specifikt motstånd på ~ 1 Ω /cm vid rumstemperatur, observeras ett elektriskt fält V /cm vid Gs och K / cm. Värdet på konstanten , och därmed också , beror starkt på provets temperatur och på magnetfältet, och när dessa värden ändras kan de till och med ändra tecken. $q_{\bot }$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ $q_{\bot }$ ${\displaystyle E_{y))$

Den tvärgående Nernst-Ettingshausen-effekten uppstår av samma anledning som Hall-effekten , det vill säga som ett resultat av avböjningen av en ström av laddade partiklar av Lorentzkraften . Skillnaden är dock att med Hall-effekten är det riktade flödet av partiklar ett resultat av deras drift i ett elektriskt fält, och i detta fall som ett resultat av diffusion.

En väsentlig skillnad är också det faktum att tecknet, till skillnad från Hall-konstanten, inte är beroende av laddningsbärarnas tecken. Faktum är att när man driver i ett elektriskt fält leder en förändring i laddningens tecken till en förändring av driftens riktning, vilket ger en förändring av Hall-fältets tecken . I detta fall riktas dock diffusionsflödet alltid från den uppvärmda änden av provet till den kalla änden, oavsett partikelladdningens tecken. Därför är riktningarna för Lorentz-kraften för positiva och negativa partiklar motsatta, men riktningen för elektriska laddningsflöden är i båda fallen densamma. $q_{\bot }$

Longitudinell Nernst-Ettingshausen-effekt

Den längsgående Nernst-Ettingshausen-effekten består i en förändring av den termoelektriska kraften hos metaller och halvledare under påverkan av ett magnetfält.

I frånvaro av ett magnetfält bestäms den termoelektriska kraften i en elektronisk halvledare av skillnaden mellan hastighetskomponenterna hos snabba elektroner (som rör sig från den heta sidan) och långsamma elektroner (som rör sig från den kalla sidan) längs temperaturgradienten.

I närvaro av ett magnetfält förändras elektronhastigheternas längsgående (längs temperaturgradienten) och tvärgående (över temperaturgradienten) komponenterna beroende på rotationsvinkeln för elektronhastigheten i magnetfältet, vilket bestäms av medelfri väg för elektronerna i metallen eller halvledaren. $\tau$

Om den genomsnittliga fria vägen för långsamma elektroner eller hål (i halvledare) är större än för snabba, då är de longitudinella hastighetskomponenterna för långsamma och snabba elektroner i närvaro av ett magnetfält, de longitudinella komponenterna av hastigheterna för långsamma och snabba elektroner i frånvaro av ett magnetfält. Värdet på termoelektrisk effekt i ett magnetfält som är proportionellt mot skillnaden kommer att vara större än i frånvaro av ett magnetfält vid en skillnad . Omvänt, om den genomsnittliga fria vägen för långsamma elektroner är kortare än för snabba, minskar närvaron av ett magnetfält den termoelektriska effekten. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

I elektroniska halvledare ökar den termoelektriska effekten i ett magnetfält om den fria medelvägen minskar med ökande elektronenergi (under spridning av akustiska fononer). $\tau$

I elektroniska halvledare minskar termokraften i ett magnetfält om den fria medelvägen ökar med ökande elektronenergi (vid spridning av joniserade föroreningsatomer). [2] $\tau$

Litteratur

Blatt F. J. Theory of mobility of electronics in solids / Per. från engelska. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 sid.
Tsidilkovskii IM Termomagnetiska fenomen i halvledare. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Serien "Fysik för halvledare och halvledarenheter"). — 396 sid.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Påverkan av inhomogeniteter av Bi 2 Te 3 -kristaller på den tvärgående Nernst-Ettingshausen-effekten // Halvledares fysik och teknologi. - 1997. - T. 31. - Nr 4. - sid. 441-443.

Anteckningar

↑ Sondheimer EH The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 21 juli 1948. - Nr 193. - s. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Kinetiska effekter i halvledare. - L .: Nauka, 1970.

Se även

Ettingshausen effekt