Мистерии на пресечени течения - ефект на Хол

В края на миналия век млад американски студент по физика Едвин Хол направи откритие, което записа името му в учебниците по физика. Той проведе прост „студентски“ експеримент - изучава разпространението на ток в тънка метална плоча, поставена между полюсите на силен електромагнит. Студентите от всички университети преминават лабораторна практика, където се обучават с прости примери умението на експеримента. Така беше и този път. Смирен студент не би могъл да си представи, че простият му опит ще породи лавина от изследвания, някои от които ще бъдат белязани от най-честната научна награда - Нобелова награда.

Устройството, с което Хол работеше, се състоеше от две напречно разположени електрически вериги - така те връзват кутии със сладки с панделка. Веригите се различаваха по това, че едната от тях съдържаше електрическа батерия и токът от нея преминаваше покрай плочата, другата, напречна, няма източници на ток и просто свързваше краищата на плочата.

Както се очакваше, в случай, че електромагнитът беше изключен, инструментите записват текущия поток само по протежение на плочата - във веригата с акумулатора - и отсъствието му в „празната“ напречна верига. Нищо чудно. Обаче веднага щом електромагнитът се включи, в напречната верига, сякаш от нищо, електрически ток се появи сам. Беше интересно, но тук нямаше чудо - обяснение беше намерено доста бързо. Електроните, движещи се в надлъжна верига, се влияят от силата на Лоренц, добре позната от учебника, която отклонява електрони в напречна посока, което генерира малък ток в напречната верига - всичко е елементарно просто.

Повече от половин век, полузабравен, това явление остава в задната част на физическата наука. Издълбайте го в архивите от специалисти по микроелектроника. Отначало се оказа, че ако грубите измервателни уреди от времето на Хол бъдат заменени с модерни, тогава откритото от него явление може да се използва за преброяване на броя заредени частици, чието движение генерира електрически ток, което е много важно за дизайнерите на нискошумните транзистори и други високочувствителни микроелектронни устройства, работещи с много слаби токове и магнитни полета.

Ефектът на Хол беше внимателно проучен, не пестеше усилия за подобряване на точността. Третият, четвъртият, петият десетичен знак по скалата на измервателните уреди ... И тук започнаха да се появяват невероятни, на пръв поглед, просто невероятни явления.

Първият удивителен резултат е получен преди двадесет години, в края на седемдесетте, при експерименти с полупроводникови вериги в силно магнитно поле при много ниски температури, само на няколко градуса от "абсолютна нула" - 273 градуса по Целзий, когато веществото замръзва толкова много, че спрете, всички молекулярни движения замръзват. Така че, ако при обикновени температури, близки до стайната температура, електрическото съпротивление във веригата с "Холов ток" постепенно нараства с увеличаване на магнитното поле, тогава по някаква причина близо до нулата на температурата се променя поетапно - сякаш гладък път, по който се движат частиците на тока, т.е. изведнъж отстъпва място на павирана с дълбоки неравности. Гладките криви, които записващите устройства изписват, се заместват периодично с „стълба“, височината на стъпалата на която е равна на някаква константа, разделена на цели числа n = 1, 2, 3 и т.н.

И което е още по-изненадващо - на всеки етап съпротивлението в веригата на надлъжния ток пада до нула, тоест за надлъжния ток веществото се превръща в свръхпроводник - електроните се търкалят без никакво съпротивление, но в ставите, когато се движат от един етап в друг, съпротивлението рязко скача и свръхпроводимост моментално изчезва.Всичко това изглеждаше като някакво объркване - както се казва, всичко беше смесено в къщата на Облонски!

Как да обясня такова странно поведение на пресечени течения? Защо се държат по съвсем различни начини? Електродинамиката се оказа безсилна пред тази загадка ... Свикнали сме с факта, че мистериозни явления се случват в сложни експерименти с елементарни частици или дълбоко в космоса, когато става дума за черни дупки, експлодиращи галактики и други обекти, които изумяват нашето въображение, и ето само експерименти със съпротивление и токове. Покрай и през цялата поддържана зона и - на вас!

В. Барашенков, Е. Капустик