Благодаря компьютерному моделированию, американские ученые увидели, что создание холодных и горячих областей в условиях особой пространственной конфигурации полупроводников ведет к возникновению внутренних электрических токов и оказывает прямое влияние на появление магнетизма. Если результаты проведенного эксперимента смогут подтвердиться на практике, то это может привести к существенному прорыву в модернизации электронных устройств, которые имеют свойство нагреваться в ходе эксплуатации. Ученые, проводившие исследование, решили пока что не разглашать результаты своих опытов.
Уже давно установлено, что градиент температуры может оказывать прямое влияние на ток, который протекает через полупроводник. Это достигается за счет того, что как правило, электроны и дырки, подвержены дрейфу от нагретых областей к более холодным. Подобного рода тепловые феномены имеют свойство вступать во взаимодействие с магнитными и электрическими полями. Такая связь ведет к появлению термоэлектромагнитных явлений. Ярким примером подобного рода явления, можно назвать эффект Нернста. Этот эффект возникает в случае формирования в полупроводнике градиента температуры, а перпендикулярно к нему прикладывается внешнее магнитное поле. В данном случае в третьем направлении будет возникать весьма слабое электрическое поле.
Стоит подчеркнуть, что крайне важной сферой применения знаний о термоэлектромагнетизме есть изучение влияний температурных градиентов, которые возникают в электронных приборах во время их работы, а также, на их производительность и свойства.
Исследователи из Калифорнийского университета обратили свое внимание на то, что во всех известных на сегодня ситуациях, магнитное поле никогда не пребывало под воздействием индукции, а всегда играло роль одного из начальных условий. Конечно же, в такой ситуации возникает вопрос: а появится ли магнитное поле, в случае подвержению проводника одновременному действию температурного градиента и электрического поля? Чтобы найти ответ на этот вопрос, была создана компьютерная модель образца шириной 2 микрона, который состоит из областей двух типов проводимости.
Полупроводники, имеющие различную природу проводимости характеризуются возникновением на границе их областей своего рода «обеденной» зоны, в которой дырки диффундируют в n-полупроводник, в свою очередь электроны – в p-полупроводник. Естественно, что в данном случае будет возникать электрическое поле в направлении из области с n-полупроводником в область с p-полупроводником. В рамках созданной модели ученые предположили, что его края будут иметь разницу температуры в 20 миллиградусов за шкалой Кельвина.
Целью проведенных исследований было получение движения свободных носителей заряда, каждой области образца. Проведенные опыты показали, что полупроводник n-типа характеризуется наличием вращающихся по часовой стрелке электронов, которые находятся в плоскости перпендикулярной границе полупроводников и параллельной градиенту температуры. Траектория движения дырок в полупроводнике p-типа, была полным зеркальным отражением траектории движения электронов в первом случае. Суммарное магнитное поле, которое сформировали два вихря, имеет перпендикулярное направление и к границе полупроводников, и к градиенту температуры.
По мнению исследователей, если несколько проводников будут частью одной цепи, то магнитное поле будет высоким. Стоит отметить, что образовавшееся магнитное поле, будет снижать эффективность электронных устройств. В случае экспериментального подтверждения результатов опытов, при разработке новых компонентов придется учитывать требования по минимизации вихрей.
Александр Смолий
Комментарии: (0)