銅のフェルミエネルギーの調査
はじめに：
フェルミエネルギー（e f ）固体物理学の基本的な概念です。絶対ゼロ温度で金属内の電子が占める最高のエネルギーレベルを表します。 この実験は、ホール効果を使用して銅のフェルミエネルギーを調査することを目的としています 。
材料：
* 銅サンプル： 既知の寸法（長さ、幅、厚さ）を持つ銅の薄い長方形のストリップ。
* 磁場出典： 強い永久磁石または銅ストリップに垂直な均一な磁場を生成できる電磁石。
* 電圧計： ホールの電圧を測定します。
* 電流計： 銅ストリップを通る電流を測定します。
* 電源： 銅ストリップに一定の電流を提供します。
* 接続ワイヤ： 銅ストリップ、電源、電圧計、および電流計を接続します。
* マルチメーター： 銅ストリップの抵抗を測定するため。
手順：
1。サンプルを準備： 銅ストリップをきれいにして、表面の不純物を除去します。 その長さ（l）、幅（w）、および厚さ（t）を正確に測定します。
2。実験をセットアップ：
*接続ワイヤを使用して、銅ストリップを電源に接続します。
*磁場がストリップに垂直になるように、磁石の極の間に銅ストリップを置きます。
*銅ストリップの幅を横切る電圧計を接続して、ホールの電圧を測定します（V h ）。
*電流計を直列に銅ストリップと接続して、（i）流れる電流を測定します。
3。定電流：を適用します 電源を使用して、銅ストリップを通って定電流を通過します。 現在の値（i）を記録します。
4。ホールの電圧を測定： ホールの電圧を読み取ります（v h ）電圧計から。
5。手順3および4：を繰り返します 電流を銅ストリップから変化させ、対応するホール電圧を記録します（v h ）。
6。抵抗を測定します： マルチメーターを使用して、銅ストリップの抵抗（R）を測定します。
分析：
1。ホール係数を計算します（r h ）： 式を使用してください。
r h =v h /（i * b * t）
ここで、Bは磁場強度です。
2。電子密度（n）：を計算します 式を使用してください。
n =1 /（e * r h ））
ここで、Eは基本料金です。
3。フェルミエネルギー（e f を計算します ）： 自由電子モデルの式を使用します。
e f =（ħ² *（3π² * n）^（2/3）） /（2 * m）
ここで、ħはプランク定数が減少し、mは電子質量です。
4。データをプロットします： ホールの電圧をプロットします（v h ）電流に対して（i）線形性を観察する。 これにより、測定値の一貫性を確認し、ホール係数を推定できるようになります。
5。結果の評価：
*計算されたフェルミエネルギーを銅の理論値（約7 eV）と比較します。
*実験値と理論的価値の間の矛盾について話し合います。温度、銅サンプルの不純物、自由電子モデルの制限などの要因を考慮してください。
ディスカッション：
この実験は、フェルミエネルギーの概念とホール効果との関係についての基本的な理解を提供します。この実験は、慎重な測定とデータ分析の重要性を強調しています。また、自由電子モデルのような単純化されたモデルの制限を導入します。
安全上の注意事項：
*磁場や電気回路を使用するときは、常に適切な安全ゴーグルを着用してください。
*電流が流れている間に銅ストリップに触れないでください。
*接続または調整を行う前に、電源がオフになっていることを確認してください。
この実験は、磁場強度を変化させるか、フェルミエネルギーの温度依存性を調査することにより、さらに拡張できます。また、異なる電子特性を持つ他の材料を研究するために適応することもできます。
