2.2.2. Эффект магнитосопротивления.

Изменение электрического сопротивления твердых проводников под действием магнитного поля называют эффектом магнитосопротивления. Различают продольный ( когда i║B) и поперечный (i┴B) эффекты. Причина этого явления- искривление траекторий носителей тока под действием магнитного поля. Мерой этого эффекта считают величину

где ρ –удельное сопротивление в отсутствие поля, –изменение сопротивления после включения поля.

Искривление траектории приводит к тому, что носители заряда вдоль проводника приходят в единицу времени меньший путь. Тем самым ток уменьшается, т.е. сопротивление увеличивается. Относительное поперечное изменение сопротивление ()_┴ при комнатных температурах мало: у хороших металлов 10^-4 при B 1 Тл, у полупроводников обычно 10^-2<<10. Эта величина существенно зависит от концентрации примесей и температуры. При достаточно слабых полях, когда радиус кривизны траектории >>λ –длины свободного пробега электрона,

где A-коэффициент пропорциональности, -подвижность, -индукция магнитного поля.

В сильных полях (т.е. когда λ>, что достигается не только увеличением индукции B, но и понижением температуры, так как при этом увеличивается λ) можно наблюдать сильную анизотропию эффекта в зависимости от угла между (плотностью тока) и . Подробные исследования в этой области позволяют определить форму поверхности Ферми.

Вещества, дающие большой эффект магнитосопротивления (у висмута , у чистого германия ), не используются в качестве чувствительных элементов в приборах для измерения магнитных полей.

2.2.3. Техника безопасности.

Правила техники безопасности полностью соответствуют «Инструкции Ф-19 на безопасное выполнение работ в электрической лаборатории общего физического практикума».

2.2.4. Методика измерений.

Электропроводность полупроводника рассчитывается по обычной формуле

где - сопротивление между точками 1 и 2; - поперечное сечение (в нашем случае bd); l -длина полупроводника.

Общая схема для измерений электрических величин изображена на рис. 10.

В случае малых образцов измерять сопротивление обычным мостовым методом не рекомендуется. При этом методе измерений трудно исключить влияние сопротивления контактов, которые могут даже превышать сопротивление самого образца. Для исключения влияния сопротивления контактов измерение сопротивления проводится компенсационным методом.

В случае компенсационного метода измерения сопротивления сводится к измерению падения напряжения на эталонном r_э и исследуемом сопротивлении r_x, которые соединены последовательно (рис. 10).

Величина измеряемого сопротивления в этом случае будет равна

где и - падения напряжения, измеренные на сопротивлениях r_x и r_э .

Рис.10. Схема установки:

а) схема питания электромагнита;

б) измерительная схема

Формула (26) будет справедливой в том случае, если ток в цепи сопротивлений будет постоянным. Следить за постоянством тока можно непосредственно по миллиамперметру. Для более строгого контроля рекомендуется проверять постоянство силы тока по измерениям падения напряжения на r_x и r_э . Для этого после двух измерений и проводят снова измерения , и если оно не совпадает с первым, то следует повторить измерения.

Питание компенсационной схемы и регулировка тока осуществляется от внешнего универсального источника питания ЛИПС-50 с помощью встроенных в стенд потенциометрически включенных сопротивлений (ручки «грубо» и «плавно»). Ток через образец и эталонное сопротивление измеряется миллиамперметром.

При изготовлении образцов для измерения эффекта Холла положение контактов 3 и 4 холловских электродов должно быть таковым, чтобы они находились на эквипотенциальной линии. Практически трудно припаять электроды точно на эту линию, поэтому при прохождении тока через образец между точками 3 и 4 будет существовать разность потенциалов даже при отсутствии внешнего магнитного поля. Наличие этой паразитной ЭДС, обусловленной асимметрией электродов, крайне нежелательно, ибо при включении магнитного поля разность потенциалов между контактами 3 и 4 будет изменяться не только за счет эффекта Холла, но и за счет этой паразитной ЭДС.

Чтобы убедиться в отсутствии паразитной ЭДС, необходимо при определенном токе через образец в отсутствие магнитного поля переключить тумблер П₂ в положение II и с помощью потенциометра ПП-63 или высокоомного вольтметра убедиться, что разность потенциалов на холловских электродах равна нулю. Если это не так, то вспомогательным потенциометром «компенсация» добиваются отсутствия паразитной ЭДС.

Магнитное поле создается в электромагните ЭМ. ЭМ питается через выпрямитель, на который подается напряжение с понижающего трансформатора. Первичная обмотка этого трансформатора является нагрузкой автотрансформатора, следовательно, напряжение на ней можно регулировать от 0 до 250 Вольт. Тумблер «сеть» и переключатель П₃, который служит для изменения направлений тока через электромагнит выведены на лицевую сторону стенда.

Ток через электромагнит измеряется амперметром А, а величина индукции магнитного поля в зазоре ЭМ определяется из градуировочного графика.

Измерительная схема и схема питания электромагнита смонтированы в одном стенде. Измерительные приборы вынесены на стол.