Градиент температуры ведет к магнетизму
 Схематическое изображение результатов вычислительного эксперимента, направленного на генерацию магнитного поля в полупроводнике при помощи градиента температуры и электрического поля. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Известно, что градиент температуры может оказать существенное влияние на ток, протекающий через полупроводник, т.к. электроны и дырки, как правило, подвержены дрейфу от нагретых областей к более холодным. Подобные тепловые феномены могут также взаимодействовать с электрическими и магнитными полями, что приводит к появлению так называемых термоэлектромагнитных явлений. Один из примеров подобного явления – эффект Нернста. Он возникает, если в полупроводнике формируется градиент температуры, а перпендикулярно к нему прикладывается внешнее магнитное поле. В этом случае в третьем направлении (перпендикулярном и градиенту температуры, и направлению магнитного поля) возникнет слабое электрическое поле.
Естественно, важнейшей сферой приложения знаний о термоэлектромагнетизме является изучение влияний температурных градиентов, возникающих в электронных устройствах во время работы, на их производительность и свойства.
Группа ученых из University of California (США) обратила внимание, что во всех изученных на данный момент ситуациях, магнитное поле никогда не являлось индуцированным, а всегда предполагалось одним из начальных условий. Естественно, у них возник вопрос: а возникнет ли магнитное поле, если проводник подвергается одновременно воздействию температурного градиента и электрического поля? Для ответа на свой вопрос команда провела компьютерную симуляцию образца шириной 2 микрона, состоящего из областей двух типов проводимости (донорной и акцепторной). Сообщение о проведенной работе вместе с данными об обнаруженном эффекте было опубликовано в журнале Physical Review B.
На границе областей полупроводника с различной природой проводимости естественным образом возникает своего рода «обедненная» область (хорошо известная по другим приложениям электроники), где дырки диффундируют в n-полупроводник, а электроны – в p-полупроводник. Соответственно, возникает электрическое поле, направленное от области с n-полупроводником к области с p-полупроводником. В рамках своей модели ученые предполагали, что левый и правый край образца имеют разницу температуры в 20 миллиградусов по шкале Кельвина.
Целью компьютерного моделирования было получение движения свободных носителей заряда в каждой из областей исследуемого образца. Исследование показало, что в полупроводнике n-типа электроны вращаются по часовой стрелке в плоскости, перпендикулярной границе полупроводников и параллельной градиенту температуры. В полупроводнике p-типа дырки двигались по траектории, являющейся зеркальным отражением траектории электронов в первом случае. Два вихря формировали суммарное магнитное поле, направление которого перпендикулярно и границе полупроводников, и градиенту температуры.
Исследователи считают, что если несколько полупроводников являются частью одной цепи, магнитное поле может быть достаточно высоким. При этом магнитное поле может снижать эффективность электронных устройств. Таким образом, если результаты моделирования будут подтверждены экспериментально, в будущем при разработке новых компонент придется учитывать требования по минимизации вихрей.
Безусловно, феномен будет изучаться в дальнейшем.
Также по теме:
- Как измерить магнетизм света?
- Дефект кристаллической решетки в графене ведет к удивительному магнетизму
Источники: