Mystères des courants croisés - Effet Hall

À la fin du siècle dernier, un jeune étudiant américain en physique, Edwin Hall, a fait une découverte qui a inscrit son nom dans les manuels de physique. Il a mené une expérience simple, «étudiante» - il a étudié la propagation du courant dans une mince plaque métallique placée entre les pôles d'un électro-aimant puissant. Les étudiants de toutes les universités subissent une pratique de laboratoire, où ils apprennent avec des exemples simples les compétences de l'expérience. C'était donc cette fois. Un humble étudiant n'aurait pas pu imaginer que sa simple expérience donnerait lieu à une avalanche de recherches, dont certaines seront marquées par le prix scientifique le plus honorable - le prix Nobel.

L'appareil avec lequel Hall travaillait consistait en deux circuits électriques disposés en croix - c'est ainsi qu'ils attachent une boîte de bonbons avec un ruban. Les chaînes différaient en ce que l'une d'entre elles contenait une batterie électrique et que le courant qui en découlait passait le long de la plaque, l'autre, transversal, n'avait aucune source de courant et reliait simplement les bords de la plaque.

Comme prévu, dans le cas où l'électro-aimant était éteint, les instruments ont enregistré le flux de courant uniquement le long de la plaque - dans le circuit avec la batterie - et son absence dans le circuit transversal «vide». Pas étonnant. Cependant, dès que l'électro-aimant s'est allumé, un courant électrique en lui-même est apparu dans le circuit transversal, comme si de rien. C'était intéressant, mais il n'y a pas eu de miracle ici - une explication a été trouvée assez rapidement. Les électrons se déplaçant dans une chaîne longitudinale sont affectés par la force de Lorentz, bien connue du manuel scolaire, qui dévie les électrons dans la direction transversale, ce qui a généré un petit courant dans la chaîne transversale - tout est élémentaire simple.

Depuis plus d'un demi-siècle, à moitié oublié, ce phénomène est resté à l'arrière-plan des sciences physiques. Plongez-le dans les archives par des spécialistes de la microélectronique. Au début, il s'est avéré que si les appareils de mesure grossiers de l'époque de Hall étaient remplacés par des appareils modernes, le phénomène découvert par lui pourrait être utilisé pour compter le nombre de particules chargées dont le mouvement génère un courant électrique, ce qui est très important pour les concepteurs de transistors à faible bruit et d'autres appareils microélectroniques très sensibles travaillant avec des appareils très faibles. courants et champs magnétiques.

L'effet Hall a été soigneusement étudié, n'épargnant aucun effort pour améliorer la précision. La troisième, quatrième, cinquième décimale sur les échelles des instruments de mesure ... Et ici, à première vue, des phénomènes tout simplement incroyables ont commencé à apparaître.

Le premier résultat étonnant a été obtenu il y a vingt ans, à la fin des années 70, lors d'expériences avec des circuits semi-conducteurs dans un champ magnétique puissant à très basse température, à seulement quelques degrés du "zéro absolu" - 273 degrés Celsius, lorsque la substance gèle tellement que cessez, tous les mouvements moléculaires gèlent. Donc, si à des températures ordinaires proches de la température ambiante, la résistance électrique dans le circuit avec le «courant de Hall» augmente progressivement avec l'augmentation du champ magnétique, puis pour une raison quelconque près de la température zéro, elle change par étapes - comme si un chemin lisse le long duquel les particules de courant se déplacent, soudainement remplacée par une chaussée pavée de bosses profondes. Les courbes lisses que les enregistreurs ont écrites sont remplacées par intermittence par une «échelle», dont la hauteur des marches était égale à une constante divisée par des nombres entiers n = 1, 2, 3, etc.

Et ce qui est encore plus surprenant - à chaque étape, la résistance dans le circuit de courant longitudinal tombe à zéro, c'est-à-dire que pour le courant longitudinal la substance devient un supraconducteur - les électrons roulent sans aucune résistance, mais au niveau des articulations, lors du passage d'un étage à l'autre, la résistance saute brusquement et la supraconductivité disparaît instantanément.Tout cela ressemblait à une sorte de confusion - comme on dit, tout était mélangé dans la maison Oblonsky!

Comment expliquer un comportement aussi étrange des courants croisés? Pourquoi se comportent-ils de manières complètement différentes? L'électrodynamique s'est avérée impuissante devant cette énigme ... Nous sommes habitués au fait que des phénomènes mystérieux se produisent dans des expériences complexes avec des particules élémentaires ou profondément dans l'espace quand il s'agit de trous noirs, d'explosion de galaxies et d'autres objets qui émerveillent notre imagination, et voici juste des expériences avec résistance et courants. Le long et à travers la zone damée et - sur vous!

V. Barashenkov, E. Kapustsik