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量子流体现象的发现,开创了现代物理新时代

时间:2022-03-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:崔琦的物理研究结果仍需要一段时日才能应用于商业科技生产。崔琦他们的这一研究工作源于对1897年一位名叫埃德温·霍尔的学生的发现而展开的。这种现象被后人称为“霍尔效应”。电子量子流体现象的发现是量子物理学及物体动力学领域的一项重大突破,他们的发现为许多分支中的理论发展做出了重要贡献;而且对微电子学的发展有重大裨益,并可令日后生产的电子仪器,如电脑、电视及手提电话等的记忆系统体积更精确。

崔琦于1967年在芝加哥大学获得物理学博士学位,1968年起,进入著名的贝尔实验室工作了13年,1982年开始在新泽西州普林斯顿大学电子工程系任教。1984年当选为美国国家科学院院士。崔琦的主要研究方向为薄膜电子特征、半导体微观结构和固体物理学等。

1998年,崔琦与美国斯坦福大学罗伯特·劳克林及哥伦比亚大学的霍斯特·施特默发现原子粒子有液态流动的行为模式,以及电子群在低温的强大磁场下能形成新形态的粒子,因此获得1998年诺贝尔物理奖。崔琦的物理研究结果仍需要一段时日才能应用于商业科技生产。他说:“我还没有资格去提如何应用这个新理论。但它是客观存在的,量子物理的电子有其新的特性。”

崔琦他们的这一研究工作源于对1897年一位名叫埃德温·霍尔的学生的发现而展开的。这位学生发现,当把一个金片放进一个磁场并使其同磁场的表面成一定的角度时,电流的流动会呈现某种特殊形式。这种现象被后人称为“霍尔效应”。人们可以借助“霍尔效应”的原理测试导体和半导体的电流密度,从而成为实验室中最常用的工具。

霍尔在世时,这种实验是在温室和中等强度磁场条件下进行的。到20世纪70年代,研究人员在极低温和非常强大的磁场条件下进行了实验。1980年克劳斯·冯·克林津在实验中发现,半导体硅的“霍尔效应”不是常规的那种直线,而是随着磁场强度呈跳跃性变化,这一发现使克劳斯荣获1985年诺贝尔物理学奖。

崔琦和斯托尔默在新泽西州的贝尔实验室工作。1982年他们利用半导体砷化镓和砷铝化镓进行霍尔效应实验,他们实验的温度更低,磁场强度更大。为了能进行这类实验,他们自己设计了一种独特的实验环境:将两种不同的半导体晶片像三明治那样夹在一起,一面是砷化镓,一面是砷铝化镓。他们发现电子就在这两个半导体之间的界面上聚集。接着他们使这一界面的温度降低到仅比绝对零度高十分之一摄氏度(约零下273摄氏度)的超低温环境中,然后加以相当于地球磁场强度100万倍的超强磁场。他们惊奇地发现,在这种条件下半导体界面上的霍尔效应的跳跃性比克劳斯发现的要高出3倍,大量相互作用的电子已形成一种新的量子流体,这种量子流体具有一些特异性质,比如阻力消失、出现几分之一电子电荷的奇特现象等。但当时对实验的结果还无法解释。一年之后,克劳斯教授在此基础上对他们的实验结果做出了理论解释。

电子量子流体现象的发现是量子物理学及物体动力学领域的一项重大突破,他们的发现为许多分支中的理论发展做出了重要贡献;而且对微电子学的发展有重大裨益,并可令日后生产的电子仪器,如电脑、电视及手提电话等的记忆系统体积更精确。

斯德哥尔摩大学的一位理论原子物理学教授认为,这一发现将会有助于突破电脑、电视及手提电话的体积限制,开拓下世纪的微电子时代。

1998年4月,崔琦因此获得了物理学界仅次于诺贝尔奖的美国著名的富兰克林奖。当时很多同行都相信,他有很大机会更上一层楼,因为历史上居里夫人、爱因斯坦等大科学家都是在获得富兰克林奖之后才得到诺贝尔物理奖的。

崔琦也沿着先辈的道路达到了生命的辉煌。

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