Гальваномагнітні явища , сукупність явищ, пов'язаних з дією магнітного поля на електричні (гальванічні) властивості твердих провідників (металів і напівпровідників), по яких тече струм. Найбільш істотні Р. я. у магнітному полі Н , перпендикулярному струму (поперечні Р. я.). До них відноситься ефект Холу — виникнення різниці потенціалів (едс Холла V h ) в напрямі, перпендикулярному полю Н і струму j ( j — щільність струму), і зміна електричного опору провідника в поперечному магнітному полі. Різниця Dr між опором r провідника в магнітному полі і без поля часто називається магнетосопротівленієм.
Мірою ефекту Холу служить постійна Холу:
Тут d — відстань між електричними контактами, за допомогою яких вимірюють едс(електрорушійна сила) Холу. Постійна Холу в широких межах не залежить від величини магнітного поля (а для металів і від температури). Лінійна залежність V H від магнітного поля Н використовується для виміру магнітних полів (див. Магнітометр ).
В електронних провідниках, в яких струм переноситься «вільними» електронами (електронами провідності ), згідно з простими виставами, постійна Холу виражається через число електронів провідності n в см 3 . R = 1/ nec ( е — заряд електрона, з — швидкість світла). Тому вимір R служить одним з основних методів оцінки концентрації електронів провідності n в електронних провідниках. У електронних провідників R має знак мінус. В напівпровідників з дірковою провідністю і в деяких металів постійна Холу має знак плюс, відповідний позитивно зарядженим носіям струму, — діркам (див. Тверде тіло ). Т. до. едс(електрорушійна сила) Холу міняє знак при зміні напряму магнітного поля на зворотне, то ефект Холу називається непарним Р. я.
Відносна зміна опору в поперечному полі ( Dr/r ) ^ , в звичайних умовах (при кімнатній температурі) дуже мало: в хороших металів ( Dr/r ) ^ ~ 10 -4 при H ~ 10 4 е . Важливим виключенням є вісмут (Bi), в якого ( Dr/r ) ^ » 2 при Н = 3 · 10 4 е . Це дозволяє його використовувати для виміру магнітного поля. В напівпровідників зміна опору дещо більше, ніж в металів: ( Dr/r ) ^ » 10 -2 —10 -1 і істотно залежить від концентрації домішок в напівпровіднику і від температури. Наприклад, в досить чистого германію ( Dr/r ) ^ » 3 при Т = 90 До і H = 1,8 · 10 -4 е .
Пониження температури і збільшення магнітного поля приводять до збільшення ( Dr/r ) ^ . П. Л. Капіца (1929), використовуючи магнітні поля в декілька сотів тисяч е і порівняно низькі температури (температура рідкого азоту), виявив істотне збільшення опору великого числа металів і показав, що в широкому інтервалі магнітних полів ( Dr/r ) ^ лінійно залежить від магнітного поля (закон Капіци).
В слабких магнітних полях ( Dr/r ) ^ пропорційно H 2 . Коефіцієнт пропорційності між ( Dr/r ) ^ і H 2 позитивний, тобто опір зростає із збільшенням магнітного поля. Зміна опору в магнітному полі називається парним Р. я., т. до. (Dr/r) ^ не змінює знак при зміні напряму поля Н на зворотне.
Оскільки опір вельми чутливо до якості зразка (до кількості домішок і дефектів кристалічної решітки), а також до температури, то кожен вимір приводить до нової залежності r від Н . Наявні експериментальні дані для металів зручно описувати, виразив ( Dr/r ) ^ у вигляді функції від Н еф = Hr 300 /r, де r 300 — опір даного металу при кімнатній температурі ( Т = 300К), а r — при температурі експерименту. При цьому різні дані, що відносяться до одного металу, укладаються на одну криву (правило Кольору).
Основна причина Р. я. —іськрівленіє траєкторій носіїв струму (електронів провідності і дірок) в магнітному полі (див. Лоренца сила ) . Траєкторія носіїв в магнітному полі може істотно відрізнятися від траєкторії вільного електрона в магнітному полі — круговій спіралі, навитій на магнітну силову лінію. Різноманітність траєкторій носіїв струму у різних провідників — причина різноманітності Р. я., а залежність траєкторії від напряму магнітного поля — причина анізотропії Р. я. у монокристалах. Мірою впливу магнітного поля на траєкторію електрона є відношення довжини вільного пробігу l електрона до радіусу кривизни його траєкторії в полі Н: r н = cp/eh ( р — імпульс електрона). По відношенню к Г. я. магнітне поле вважають слабким, якщо Н £ Н про = el/cp, і сильним, якщо Н ³ Н 0 .
При кімнатних температурах для різних металів і добре провідних напівпровідників H 0 ~ 10 5 —10 7 е, для погано провідних напівпровідників Н 0 ~10 8 —10 9 е. Пониження температури збільшує довжину пробігу l і тому зменшує значення H 0 . Це дозволяє, використовуючи низькі температури і звичайні магнітні поля (~10 4 е), здійснювати умови, відповідні сильному полю Н >> Н 0 .
Вимір опору монокристалічних зразків металів в сильних магнітних полях — один з важливих методів вивчення металів. Досліджується залежність опору від величини магнітного поля і його напрями відносно кристалографічних осей. Теорія Р. я. показала, що залежність опору від поля Н істотно пов'язана з енергетичним спектром електронів. Різка анізотропія опору в сильних магнітних полях (в Au, Ag, Cu, Sn і ін.) означає істот, анізотропію Фермі поверхні . І, навпаки, невелика анізотропія опору в магнітному полі означає практичну ізотропію поверхні Фермі. При цьому, якщо із зростанням магнітного поля для всіх напрямів r не прагне до насичення (Bi, As і ін.), то електрони і дірки містяться в провідниках в рівних кількостях. Прагнення опору до насичення означає, що переважають або електрони, або дірки (тип носіїв може бути встановлений по знаку постійної Холу).
Поряд з поперечними Р. я. спостерігається також невелика зміна опору металів в магнітному полі, паралельному струму I : ( Dr/r ) || , наз.(назив) подовжнім гальваномагнітним ефектом. У сильних магнітних полях виявляються квантові ефекти, що виявляються в немонотонній (що осцилює) залежності постійною Холу і опору від поля Н.
При вивченні Р. я. у тонких плівках і проволоках має місце залежність ( Dr/r ) ^ і ( Dr/r ) || від розмірів і форми зразка (розмірні ефекти). Із зростанням Н при r n £ d ( d — найменший розмір зразка) ця залежність зникає. У феромагнітних металах і напівпровідниках (феритах ) Р. я. володіють рядом специфічних особливостей, обумовлених існуванням мимовільної намагніченості у відсутність магнітного поля. Наприклад едс(електрорушійна сила) Холу у феромагнетиках залежить не лише від середнього поля Н в зразку, але і від намагніченості, опір в слабких полях інколи убуває (див. Феромагнетизм, Холу ефект ) .
Літ.: Ліфшиц І. М., Каганов М. І., Деякі питання електронної теорії металів, «Успіхи фізичних наук», 1965, т. 87, ст 3; 3айман Дж., Принципи теорії твердого тіла, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1966
