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量子霍爾效應概述
點擊次數(shù)：877 發(fā)布時間：2022-11-17
整數(shù)霍爾效應和分數(shù)霍爾效應是再明顯不過的磁通量量子化證據(jù)。把霍爾器件的邊界看作等效回路，而不是應用霍爾器件的電路看作回路?；魻柶骷枰獠刻峁╇娏鞑拍芄ぷ鳎覀円胂?，這份電流在器件內(nèi)部繞邊界回流的情景。霍爾器件兩側(cè)建立的電壓阻止了外部提供電流變成繞邊界回流的電流。然而，這份假想的電流有助于理解霍爾效應。況且，它在霍爾器件剛開始建立電壓時是真實存在的，被一等效電容隔斷?；魻柶骷粫峁╊愃瞥瑢У目勾判?，然而，觀察磁通量量子化不需要看霍爾器件制造了多少磁通，只需要看外部磁場貢獻多少磁通時霍爾器件發(fā)生狀態(tài)改變。
整個回路的磁通量是量子化的。在電源提供固定電流的實驗條件下，參加霍爾效應的電子具有“最佳"個數(shù)和速度。個數(shù)和速度綜合起來就是電流值，剛好為匹配磁通量。經(jīng)過等效電容積累電荷，初始電流值轉(zhuǎn)化為最終電壓值，器件兩端的電壓是“量子化"的。
特別要指出：分數(shù)量子霍爾效應的分母總是奇數(shù)，直接說明了磁通量以1、3、5……倍規(guī)律遞增。尤其注意，從0到1經(jīng)過一份，而從1到3經(jīng)過兩份，以后遞增都是兩份。
以上是考察一個電子得出的結(jié)論。當多個電子并行前進時，多一個電子就多一份倍數(shù)。是單個電子基礎之上的倍數(shù)。說簡單點。記分數(shù)量子霍爾效應所指的分數(shù)是A/B (A屬于整數(shù)，B屬于奇數(shù))。實驗回路的磁通量量子化呈現(xiàn) A乘以B 的值 按從小到大排列的規(guī)律。
這里出現(xiàn)了一個問題，一個電子單獨制造的磁通量變化，與多個電子并行制造的磁通量變化要分開討論。一份磁通量量子是 h/2e。一個電子單獨制造的磁通量變化含有h/e。多個電子依次進行從0到1的跳變，磁通量變化是h/2e。
在討論分數(shù)量子霍爾效應的段落，有個細節(jié)必須澄清。實驗里，回路有兩個，一個是提供實驗電流的回路，另一個是測量霍爾電壓的回路，這兩個回路不是平行而是交叉的?；魻栯娮枋且粋€人為定義的“電阻"。奇數(shù)個的波腹發(fā)生在測量霍爾電壓的回路中。之所以駐波兩端以導體邊界為界，是因為邊界恰好是均勻介質(zhì)的邊界。
從霍爾器件的磁通量量子化，到超導的磁通量量子化，必須是一致的。在超導的實驗公布之前，我們通過分數(shù)量子霍爾器件回路的磁通量量子化說明從第二個階梯開始出現(xiàn)h/e的事實。事實的前提是只看分數(shù)量子霍爾效應中分子為1的情況。
超導磁通量量子化實驗也不例外。我們指出經(jīng)典的磁通量量子化實驗實質(zhì)只觀察了多個電子并行制造的磁通量階梯。當選用極少載流子超導材料進行磁通量量子化實驗，必然看見h/e階梯。從前都沒有把霍爾效應和磁通量量子化放一塊研究。一旦放一塊研究，結(jié)論不同凡響。
至今，針對超導雙電子導電的最有力證據(jù)就是磁通量量子化實驗?，F(xiàn)在，經(jīng)過以上揭發(fā)。我們指出經(jīng)典的磁通量量子化實驗實質(zhì)只觀察了多個電子并行制造的磁通量階梯。分數(shù)量子霍爾效應明確告訴我們還有h/e份額的階梯，它來自于單電子。
古典的磁通量量子化解釋有誤。電子經(jīng)過環(huán)路一圈，物質(zhì)波相位絕對不是變化 pi 的偶數(shù)倍。相反地，費米子就該變化 pi 的奇數(shù)倍。量子力學基礎呀，不解釋那么多。最后，原本證明雙電子超導的推理，實際證明單電子超導。不服咋地，拿證據(jù)而已。
