Misterele curenților încrucișați - efectul sălii

La sfârșitul secolului trecut, un tânăr student american în fizică, Edwin Hall, a făcut o descoperire care și-a scris numele în manualele de fizică. El a realizat un experiment simplu, „student” - a studiat propagarea curentului într-o placă metalică subțire plasată între poli ai unui electromagnet puternic. Studenții tuturor universităților se supun unor practici de laborator, unde sunt învățați cu exemple simple priceperea experimentului. Deci a fost de data asta. Un student umil nu și-ar fi putut imagina că simpla sa experiență va da naștere unei avalanșe de cercetare, unele dintre ele urmând a fi marcate de cel mai onorabil premiu științific - Premiul Nobel.

Dispozitivul cu care a lucrat Hall era format din două circuite electrice aranjate transversal - așa se leagă cutii de dulciuri cu o panglică. Lanțurile diferă prin faptul că unul dintre ele conținea o baterie electrică și curentul din ea trecea de-a lungul plăcii, celălalt, transversal, nu avea surse de curent și conecta pur și simplu marginile plăcii.

Așa cum era de așteptat, în cazul în care electromagnetul a fost oprit, instrumentele au înregistrat fluxul de curent doar de-a lungul plăcii - în circuitul cu bateria - și absența acestuia în circuitul transversal „gol”. Nu este de mirare. Cu toate acestea, de îndată ce electromagnetul a pornit, în circuitul transversal, parcă de la nimic, a apărut singur un curent electric. A fost interesant, dar nu a existat nicio minune aici - o explicație a fost găsită destul de repede. Electronii care se deplasează într-un lanț longitudinal sunt afectați de forța Lorentz, binecunoscută din manualul școlar, care deviază electronii în direcția transversală, care a generat un mic curent în lanțul transversal - totul este elementar simplu.

Timp de mai bine de jumătate de secol, pe jumătate uitată, acest fenomen a rămas în spatele științei fizice. Scurgeți-o în arhive de specialiști în microelectronică. La început s-a dovedit că dacă dispozitivele de măsurare grosieră ale timpului Hall erau înlocuite cu cele moderne, atunci fenomenul descoperit de el ar putea fi folosit pentru a număra numărul de particule încărcate a căror mișcare generează un curent electric, ceea ce este foarte important pentru proiectanții tranzistoarelor cu zgomot redus și alte dispozitive microelectronice extrem de sensibile care lucrează cu foarte slabe curenți și câmpuri magnetice.

Efectul Hall a fost studiat cu atenție, fără a face eforturi pentru a îmbunătăți precizia. Al treilea, al patrulea, al cincilea zecimal pe scala instrumentelor de măsurare ... Și aici, la prima vedere, au început să apară fenomene pur și simplu incredibile.

Primul rezultat uimitor a fost obținut acum douăzeci de ani, la sfârșitul anilor șaptezeci, în experimente cu circuite semiconductoare într-un câmp magnetic puternic la temperaturi foarte scăzute, la doar câțiva grade distanță de „zero absolut” - 273 grade Celsius, când substanța îngheață atât de mult încât încetează, toate mișcările moleculare îngheață. Așadar, dacă la temperaturi obișnuite aproape de temperatura camerei, rezistența electrică din circuit cu „curentul de sală” crește treptat odată cu creșterea câmpului magnetic, atunci din anumite motive aproape de temperatura zero se schimbă treptat - ca și cum o cale lină de-a lungul căreia se mișcă particulele de curent, dă brusc loc unui pavat cu umflături adânci. Curbele netede pe care le-au scris înregistratoarele sunt înlocuite intermitent cu o „scară”, a cărei înălțime a treptelor era egală cu o constantă împărțită la numere întregi n = 1, 2, 3 și așa mai departe.

Și ceea ce este și mai surprinzător - la fiecare etapă, rezistența din circuitul curentului longitudinal scade la zero, adică, pentru curentul longitudinal, substanța devine un superconductor - electronii se rostogolesc fără nicio rezistență, dar la îmbinări, când se deplasează de la o etapă la alta, rezistența sare brusc și superconductivitatea dispare instantaneu.Toate acestea arătau ca un fel de confuzie - după cum se spune, totul era amestecat în casa Oblonsky!

Cum să explici un comportament atât de ciudat al curenților încrucișați? De ce se comportă în moduri complet diferite? Electrodinamica s-a dovedit a fi neputincioasă în fața acestei ghicitori ... Suntem obișnuiți cu faptul că fenomenele misterioase apar în experimente complexe cu particule elementare sau adânc în spațiu când vine vorba de găuri negre, galaxii care explodează și alte obiecte care uimesc imaginația noastră, iar aici sunt doar experimente cu rezistență și curenți. De-a lungul și de-a lungul zonei îngrijite și - pe tine!

V. Barashenkov, E. Kapustsik