Эффект Нернста — Эттингсгаузена

Эффект Нернста — Эттингсгаузена, или поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена, — термомагнитный эффект, наблюдаемый при помещении полупроводника, в котором имеется градиент температуры, в магнитное поле. Данный эффект был открыт в 1886 году В. Нернстом и А. Эттингсгаузеном. В 1948 году эффект в металлах получил своё теоретическое обоснование в работе Зондхаймера[1]

Суть эффекта состоит в том, что в полупроводнике появляется электрическое поле ${\displaystyle \mathbf {E} }$, перпендикулярное к вектору градиента температур ${\displaystyle \nabla T}$ и вектору магнитной индукции ${\displaystyle \mathbf {B} }$, то есть в направлении вектора ${\displaystyle [\nabla T,\;\mathbf {B} ]}$. Если градиент температуры направлен вдоль оси ${\displaystyle X}$, а магнитная индукция — вдоль ${\displaystyle Z}$, то электрическое поле параллельно вдоль оси ${\displaystyle Y}$. Поэтому между точками ${\displaystyle a}$ и ${\displaystyle b}$ (см. рис.) возникает разность электрических потенциалов ${\displaystyle u}$. Величину напряжённости электрического поля ${\displaystyle E_{y}}$ можно выразить формулой:

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

где ${\displaystyle q_{\bot }}$ — так называемая постоянная Нернста — Эттингсгаузена, которая зависит от свойств полупроводника и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Например, в германии с удельным сопротивлением ~ 1 Ом/см при комнатной температуре, при ${\displaystyle B\sim 10^{3}}$ Гс и ${\displaystyle dT/dx\sim 10^{2}}$ К/см наблюдается электрическое поле ${\displaystyle E_{y}\sim 10^{-2}}$ В/см. Значение постоянной ${\displaystyle q_{\bot }}$, а следовательно и ${\displaystyle E_{y}}$, сильно зависят от температуры образца и от магнитного поля и при изменении этих величин могут даже изменять знак.

Поперечный эффект Нернста — Эттингсгаузена возникает по той же причине, что и эффект Холла, то есть в результате отклонения потока заряженных частиц силой Лоренца. Различие, однако, заключается в том, что при эффекте Холла направленный поток частиц возникает в результате их дрейфа в электрическом поле, а в данном случае — в результате диффузии.

Существенным отличием является также тот факт, что, в отличие от постоянной Холла, знак ${\displaystyle q_{\bot }}$ не зависит от знака носителей заряда. Действительно, при дрейфе в электрическом поле изменение знака заряда приводит к изменению направления дрейфа, что и даёт изменение знака поля Холла. В данном же случае поток диффузии всегда направлен от нагретого конца образца к холодному, независимо от знака заряда частиц. Поэтому направления силы Лоренца для положительных и отрицательных частиц взаимно противоположны, однако направление потоков электрического заряда в обоих случаях одно и то же.