Efecto Nernst-Ettingshausen

El efecto Nernst - Ettingshausen , o efecto Nernst-Ettingshausen transversal , es un efecto termomagnético que se observa cuando un semiconductor , en el que hay un gradiente de temperatura , se coloca en un campo magnético . Este efecto fue descubierto en 1886 por W. Nernst y A. Ettingshausen. En 1948, el efecto en los metales recibió su justificación teórica en la obra de Sondheimer [1]

La esencia del efecto es que aparece un campo eléctrico en el semiconductor , perpendicular al vector gradiente de temperatura y al vector de inducción magnética , es decir, en la dirección del vector . Si el gradiente de temperatura está dirigido a lo largo del eje , y la inducción magnética lo está , entonces el campo eléctrico es paralelo a lo largo del eje . Por lo tanto, entre los puntos y (ver Fig.) hay una diferencia de potenciales eléctricos . La magnitud de la intensidad del campo eléctrico se puede expresar mediante la fórmula: $\mathbf {E}$ $\ nabla T$ $\matemáticas {B}$ $[\nabla T,\;\mathbf {B} ]$ $X$ $Z$ $Y$ $a$ $b$ $tu$ ${\ Displaystyle E_ {y}}$

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

donde está la llamada constante de Nernst-Ettingshausen , que depende de las propiedades del semiconductor y puede tomar valores tanto positivos como negativos. Por ejemplo, en germanio con una resistencia específica de ~ 1 Ω /cm a temperatura ambiente, se observa un campo eléctrico V /cm a Gs y K / cm. El valor de la constante , y por tanto también , depende fuertemente de la temperatura de la muestra y del campo magnético, y cuando estos valores cambian, pueden incluso cambiar de signo. ${\ Displaystyle q_ {\ bot}}$ $B\sim 10^{3}$ $dT/dx\sim 10^{2}$ ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2))$ ${\ Displaystyle q_ {\ bot}}$ ${\ Displaystyle E_ {y}}$

El efecto transversal de Nernst-Ettingshausen ocurre por la misma razón que el efecto Hall , es decir, como resultado de la desviación de una corriente de partículas cargadas por la fuerza de Lorentz . La diferencia, sin embargo, es que con el efecto Hall, el flujo dirigido de partículas resulta de su deriva en un campo eléctrico y, en este caso, como resultado de la difusión.

Una diferencia esencial es también el hecho de que, a diferencia de la constante de Hall, el signo no depende del signo de los portadores de carga. De hecho, cuando hay deriva en un campo eléctrico, un cambio en el signo de la carga conduce a un cambio en la dirección de la deriva, lo que da lugar a un cambio en el signo del campo de Hall . En este caso, sin embargo, el flujo de difusión siempre se dirige desde el extremo calentado de la muestra hacia el extremo frío, independientemente del signo de la carga de la partícula. Por lo tanto, las direcciones de la fuerza de Lorentz para las partículas positivas y negativas son mutuamente opuestas, pero la dirección de los flujos de carga eléctrica en ambos casos es la misma. ${\ Displaystyle q_ {\ bot}}$

Efecto Nernst-Ettingshausen longitudinal

El efecto Nernst-Ettingshausen longitudinal consiste en un cambio en la potencia termoeléctrica de metales y semiconductores bajo la influencia de un campo magnético.

En ausencia de un campo magnético, la potencia termoeléctrica en un semiconductor electrónico está determinada por la diferencia entre los componentes de velocidad de los electrones rápidos (moviéndose desde el lado caliente) y los electrones lentos (moviéndose desde el lado frío) a lo largo del gradiente de temperatura.

En presencia de un campo magnético, las componentes longitudinal (a lo largo del gradiente de temperatura) y transversal (a lo largo del gradiente de temperatura) de las velocidades de los electrones cambian según el ángulo de rotación de la velocidad de los electrones en el campo magnético, que está determinado por la camino libre medio de los electrones en el metal o semiconductor. $\tau$

Si el camino libre medio para los electrones lentos o los huecos (en los semiconductores) es mayor que para los rápidos, entonces , donde están las componentes longitudinales de la velocidad de los electrones lentos y rápidos en presencia de un campo magnético, están las componentes longitudinales de las velocidades de electrones lentos y rápidos en ausencia de un campo magnético. El valor de la potencia termoeléctrica en un campo magnético proporcional a la diferencia será mayor que en ausencia de campo magnético a la diferencia . Por el contrario, si el camino libre medio de los electrones lentos es más corto que el de los rápidos, la presencia de un campo magnético reduce la potencia termoeléctrica. $\tau$ ${\frac {v_{1x}(H)}{v_{1x}(0)}}>{\frac {v_{2x}(H)}{v_{2x}(0)}}$ $v_{1x}(H),\;v_{2x}(H)$ $v_{1x}(0),\;v_{2x}(0)$ $v_{2x}(H)-v_{1x}(H)$ $v_{2x}(0)-v_{1x}(0)$ $\tau$

En los semiconductores electrónicos, la potencia termoeléctrica en un campo magnético aumenta si el camino libre medio disminuye al aumentar la energía de los electrones (durante la dispersión por fonones acústicos). $\tau$

En los semiconductores electrónicos, la termopotencia en un campo magnético disminuye si el camino libre medio aumenta con el aumento de la energía de los electrones (durante la dispersión por átomos de impurezas ionizadas). [2] $\tau$

Literatura

Blatt F. J. Teoría de la movilidad de electrones en sólidos / Per. De inglés. — M.: Fizmatlit, 1963. — 224 p.
Tsidilkovskii IM Fenómenos termomagnéticos en semiconductores. - M.: Fizmatgiz, 1960. - (Serie "Física de semiconductores y dispositivos semiconductores"). — 396 pág.
Zhitinskaya M. K., Nemov S. A., Svechnikova T. E. Influencia de las faltas de homogeneidad de los cristales Bi 2 Te 3 en el efecto Nernst-Ettingshausen transversal // Física y tecnología de semiconductores. - 1997. - T. 31. - Nº 4. - pág. 441-443.

Notas

↑ Sondheimer EH The Theory of the Galvanomagnetic and Thermomagnetic Effects in Metals // Proceedings of the Royal Society A. - 21 de julio de 1948. - No. 193. - págs. 484-512; doi : 10.1098/rspa.1948.0058 .
↑ Askerov B. M. Efectos cinéticos en semiconductores. - L.: Nauka, 1970.

Véase también

Efecto Ettingshausen