Kryžminių srovių slėpiniai - salės efektas

Praėjusio amžiaus pabaigoje jaunas amerikiečių fizikos studentas Edwinas Hallas padarė atradimą, kuris jo vardą užrašė fizikos vadovėliuose. Jis atliko paprastą „studentišką“ eksperimentą - ištyrė srovės plitimą plonoje metalinėje plokštėje, esančioje tarp stipraus elektromagneto polių. Visų universitetų studentai išgyvena laboratorinę praktiką, kurioje su paprastais pavyzdžiais mokomi eksperimento įgūdžių. Taigi tai buvo šį kartą. Nuolankus studentas negalėjo įsivaizduoti, kad jo paprasta patirtis sukels tyrimų laviną, kai kuri iš jų bus pažymėta garbingiausiu mokslo apdovanojimu - Nobelio premija.

Prietaisą, su kuriuo Hall dirbo, sudarė dvi skersai išdėstytos elektros grandinės - taip jie surišo kaspinėlius saldainių su juostele. Grandinės skyrėsi tuo, kad viename iš jų buvo elektrinė baterija, o srovė iš jos eidavo išilgai plokštės, kita, skersai, neturėjo srovės šaltinių ir tiesiog sujungdavo plokštės kraštus.

Kaip ir tikėtasi, tuo atveju, kai elektromagnetas buvo išjungtas, prietaisai užfiksuodavo srovės srautą tik išilgai plokštės - grandinėje su akumuliatoriumi - ir jo nebūdavo „tuščioje“ skersinėje grandinėje. Nenuostabu. Tačiau kai tik įsijungė elektromagnetas, skersinė grandinė pasirodė savaime elektros srovė, tarsi iš nieko. Buvo įdomu, bet stebuklo čia nebuvo - gana greitai buvo rastas paaiškinimas. Išilgine grandine judančius elektronus veikia Lorenco jėga, gerai žinoma iš mokyklos vadovėlio, nukreipianti elektronus skersine kryptimi, sukėlusį mažą srovę skersinėje grandinėje - viskas elementaru paprasta.

Šis reiškinys daugiau nei pusę amžiaus, pusiau pamirštas, liko fizinio mokslo gale. Paimkite jį į archyvus mikroelektronikos specialistų. Iš pradžių paaiškėjo, kad jei šiurkščiausi Halio laiko matavimo prietaisai būtų pakeisti moderniais, tada jo atrastą reiškinį būtų galima panaudoti suskaičiuotų įkrautų dalelių, kurių judėjimas sukuria elektros srovę, skaičiui, o tai labai svarbu mažo triukšmo tranzistorių ir kitų labai jautrių mikroelektroninių prietaisų, dirbančių su labai silpnais, projektuotojams. sroves ir magnetinius laukus.

Hallo efektas buvo kruopščiai ištirtas, nesistengiant pagerinti tikslumo. Trečias, ketvirtas, penktas dešimtųjų tikslumas ant matavimo priemonių skalės ... Ir čia ėmė ryškėti, iš pirmo žvilgsnio, tiesiog neįtikėtini reiškiniai.

Pirmasis nuostabus rezultatas buvo gautas prieš dvidešimt metų, aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, eksperimentuojant su puslaidininkių grandinėmis stipriame magnetiniame lauke esant labai žemai temperatūrai, tik keliems laipsniams nutolus nuo „absoliutaus nulio“ - 273 laipsnių Celsijaus, kai medžiaga užšąla tiek, kad liaujasi, visi molekuliniai judesiai užšąla. Taigi, jei esant normaliai temperatūrai, artimai kambario temperatūrai, elektrinė varža grandinėje su „Halės srove“ palaipsniui didėja didėjant magnetiniam laukui, tada dėl kažkokių priežasčių arti temperatūros nulio ji kinta laipsniškai - tarsi lygus kelias, kuriuo eina dabartinės dalelės, staiga pakeista asfaltuota gilių įdubimų danga. Lygios kreivės, kurias įrašymo įrenginiai išrašė, su pertraukomis keičiamos „kopėčiomis“, kurių laiptelių aukštis buvo lygus tam tikrai konstanta dalijant iš skaičių sveikaisiais skaičiais n = 1, 2, 3 ir pan.

Ir kas dar labiau stebina - kiekviename etape pasipriešinimas išilginės srovės grandinėje sumažėja iki nulio, tai yra, išilginei srovei medžiaga tampa superlaidi - elektronai sukasi be jokio pasipriešinimo, tačiau jungtyse, judant iš vienos pakopos į kitą, pasipriešinimas staigiai šokinėja, o superlaidumas -. akimirksniu išnyksta.Visa tai atrodė kaip tam tikra painiava - kaip sakoma, Oblonskio namuose viskas buvo sumaišyta!

Kaip paaiškinti tokį keistą sukryžiuotų srovių elgesį? Kodėl jie elgiasi visiškai skirtingai? Elektrodinamika pasirodė bejėgė prieš šią mįslę ... Esame įpratę, kad paslaptingi reiškiniai vyksta sudėtinguose eksperimentuose su elementariomis dalelėmis arba giliai kosmose, kai kalbama apie juodąsias skylutes, sprogstančias galaktikas ir kitus objektus, kurie stebina mūsų vaizduotę, ir čia yra tik eksperimentai. su pasipriešinimu ir srovėmis. Visoje ir visoje sutvarkytoje vietoje ir - ant tavęs!

V. Barašenkovas, E. Kapustsik