нернста-эттингсхаузена эффект

НЕРНСТА-ЭТТИНГСХАУЗЕНА ЭФФЕКТ - появление электрич. поля E_нэ в проводнике, в к-ром есть градиент темп-ры Т, в направлении, перпендикулярном магн. полю Н. Различают поперечный и продольный эффекты.

Поперечный H.-Э. э. состоит в появлении электрич. поля Е_нэ ^| (разности потенциалов V_нэ ^| ) в направлении, перпендикулярном Н и Т. В отсутствие магн. поля термоэлектрич. поле компенсирует поток носителей заряда, создаваемый градиентом темп-ры, причём компенсация имеет место лишь для полного тока: электроны с энергией, большей средней (горячие), движутся от горячего конца образца к холодному, электроны с энергией, меньшей средней (холодные),- в противоположном направлении. Сила Лоренца, отклоняет эти группы носителей в направлении, перпендикулярном Т и магн. полю, в разные стороны; угол отклонения (угол Холла) определяется временем релаксации т данной группы носителей, т. е. различается для горячих и холодных носителей, если t зависит от энергии. При этом токи холодных и горячих носителей в поперечном направлении ( | Т и | Н) не могут компенсировать друг друга. Это приводит к появлению поля Е ^| _нэ, величина к-рого определяется из условия равенства 0 суммарного тока j = 0.

Величина поля Е ^| _нэ зависит от Т, Н и свойств вещества, характеризующихся коэф. Нернста-Эттингсха-узена N _| :

В полупроводниках под действием Т носители заряда разных знаков движутся в одну сторону, а в магн. поле отклоняются в противоположные стороны. В результате направление поля Нернста - Эттингсхаузена, создаваемого зарядами разного знака, не зависит от знака носителей. Это существенно отличает поперечный Н--Э. э. от Холла эффекта ,где направление поля Холла различно для зарядов разного знака.

Т. к. коэф. N _| определяется зависимостью времени т релаксации носителей от их энергии , то Н--Э. э. чувствителен к механизму рассеяния носителей заряда. Рассеяние носителей заряда уменьшает влияние магн. поля. Если t ~ , то при r > 0 горячие носители рассеиваются реже холодных и направление поля Е ^| _нэ определяется направлением отклонения в магн. поле горячих носителей. При r < 0 направление Е ^| _нэ противоположно и определяется холодными носителями.

В металлах, где ток переносится электронами с энергией в интервале ~ kT вблизи Ферми поверхности, величина N _| задаётся производной дt/д на Ферми-поверхности = const (обычно у металлов N _| > 0, но, напр., у меди N _| < 0).

Измерения Н--Э. э. в полупроводниках позволяют определить r, т. е. восстановить ф-цию t(). Обычно при высоких темп-pax в области собств. проводимости полупроводника N _| < 0 из-за рассеяния носителей на оп-тич. фононах. При понижении темп-ры возникает область с N _| > 0, соответствующая примесной проводимости и рассеянием носителей гл. обр. на фононах (r < < 0). При ещё более низких Т доминирует рассеяние на ионизов. примесях с N _| < 0 (r > 0).

В слабых магн. полях (w_сt << 1, где w_с - циклотронная частота носителей) N _| не зависит от H. В сильных полях (w_ct >> 1) коэф. N _| пропорц. 1/H². В анизотропных проводниках коэф. N _| - тензор. На величину N _| влияют увлечение электронов фотонами (увеличивает N _| ), анизотропия Ферми-поверхности и др.

Продольный H.-Э. э. состоит в возникновении элект-рич. поля Е^||_нэ (разности потенциалов V^||_нэ) вдоль Т при наличии H | Т. Т. к. вдоль Т существует тер-моэлектрич. поле Е^a = aТ, где a - коэф. термоэлек-трич. поля, то возникновение дополнит. поля вдоль Т равносильно изменению поля Е^a при наложении магн. поля:

Магн. поле, искривляя траектории электронов (см. выше), уменьшает их длину свободного пробега l в направлении T. Т. к. время свободного пробега (время релаксации t) зависит от энергии электронов , то уменьшение l неодинаково для горячих и холодных носителей: оно меньше для той группы, для к-рой т меньше. Т. о., магн. поле меняет роль быстрых и медленных носителей в переносе энергии, и термоэлектрич. поле, обеспечивающее отсутствие переноса заряда при переносе энергии, должно измениться. При этом коэф. N_|| также зависит от механизма рассеяния носителей. Термоэлектрич. ток растёт, если т падает с ростом энергии носителей (при рассеянии носителей на аку-стич. фононах), или уменьшается, если т увеличивается с увеличением (при рассеянии на примесях). Если электроны с разными энергиями имеют одинаковое t, эффект исчезает ( N_|| = 0). Поэтому в металлах, где диапазон энергий электронов, участвующих в процессах переноса, мал (~ kT), N_|| мало: В полупроводнике с двумя сортами носителей N_|| ~ ~ g/kT. При низких темп-pax N_|| может также возрастать из-за влияния увлечения электронов фононами. В сильных магн. полях полное термоэлектрич. поле в магн. поле "насыщается" и не зависит от механизма рассеяния носителей. В ферромагн. металлах Н--Э. э. имеет особенности, связанные с наличием спонтанной намагниченности.

Лит.: Ландау Л. Д., Л ифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, 2 изд., М., 1982; Цидильков-ский И. М., Термомагнитные явления в полупроводниках, М., 1960; Кондорский Е. И., К теории явления Нернста - Эттингсхаузена у ферромагнитных металлов, "ЖЭТФ", 1963, т. 45, с. 510; Киреев П. С., Физика полупроводников, 2 изд., М., 1975. М. С. Бреслер.

   <<      Предметный указатель      >>