八聲甘州·霍爾效應

詫電穿磁場側生枝，橫向電壓稠。

正洛倫茲力，拖纏電子，拐轉綢繆。

惜嘆當初霍爾，不解個中由。

效應百年后，再撼諸侯。

探測至寒蟬翼，繪磁通電阻，恍似層樓。

見方程有序，整數(shù)量綱頭。

信超薄，奇篇必賦，近溫標、分數(shù)式前收。

斯京望，豫州萬里，慈母鄉(xiāng)愁。

1879年，美國霍普金斯大學研究生研究生埃德溫·霍爾（Edwin Herbert Hall）發(fā)現(xiàn)，將一個通電的長方形金屬薄片放置于磁場中，居然在垂直于磁場和電流的方向上測到一個橫向的電壓！這個奇特的現(xiàn)象被命名為霍爾效應?；魻栯妷撼７Q為橫向電壓，以區(qū)別于沿電流方向的那個驅動電壓。橫向電壓的大小與磁感應強度B和電流強度I 的大小都成正比, 而與金屬板的厚度d成反比。 霍爾效應剛發(fā)現(xiàn)的那會兒，電子還沒有被發(fā)現(xiàn)。所以無法解釋霍爾效應的本質究竟是什么。而現(xiàn)在我們已經知道，霍爾電壓的產生是因為在磁場中運動的電子受到洛倫茲力作用，產生了一個橫向運動，在與電流垂直的方向堆積起來，也形成一個橫向電壓。最終電壓阻止了電荷的繼續(xù)堆積，與洛倫茲力達到平衡。

霍爾效應很快就在測量載流子濃度、測量磁場強度、磁流體發(fā)電甚至汽車點火上得到了應用。誰也沒有想到，霍爾效應發(fā)現(xiàn)100年后，由于半導體技術的發(fā)展，人們已經實現(xiàn)了將電子束縛在一個近乎二維的平面上，實現(xiàn)了“二維電子氣”。1980年，德國科學家馮·克利青（Klaus von Klitzing，1943-）發(fā)現(xiàn)：在1.5K度（攝氏-271度）和19.8T的極強磁場下，二維電子氣也會產生一個類似霍爾效應的現(xiàn)象，但是奇怪的是測量到的霍爾電壓并不是連續(xù)的，只能取一些間斷的數(shù)值，就像一個個臺階一樣，霍爾電壓和電阻的關系可以表示成某個整數(shù)和普朗克常數(shù)的關系式。由于出現(xiàn)了普朗克常數(shù)，因此這是一個量子效應，被稱為整數(shù)量子霍爾效應，他因此獲得1985年諾貝爾物理獎。

1982年，已經是普林斯頓大學電子工程系教授的崔琦在整數(shù)量子霍爾效應的實驗基礎上，推測在二維電子氣更薄、溫度更低和磁場更強的條件下，也許還會有意想不到的奇跡發(fā)生。功夫不負有心人，崔琦和他的同事Horst Stormer用砷化鎵等半導體材料代替了傳統(tǒng)的二氧化硅，在85mK的低溫和280kG的磁場下，量子霍爾效應方程的n居然可以取分數(shù)值！也就是說在克利青發(fā)現(xiàn)的“臺階”之間還有一些“小臺階”，這是一種全新的物質形態(tài)，他們命名為“分數(shù)量子霍爾效應”，最終獲得了1998年諾貝爾物理獎。

1939年正月初十，河南寶豐縣肖旗鄉(xiāng)，崔琦出生了。他父母雖然不識字，但卻有著獨到的眼光。眼看著崔琦小學畢業(yè)后因附近沒有中學而輟學務農，崔母王雙賢克服了重重困難，將崔琦送到香港培正中學就讀，從此改變了人生。而崔琦的父母卻先后在1959和1968年去世。崔琦獲獎后，名聲大噪。有一次，楊瀾在采訪中問他：“你12歲那年如果不外出讀書，結果會怎么樣？”崔琦回答：“如果我不出來……我父母就不會死。”他后悔得流下了眼淚。2003年，寶豐縣重建了崔琦故居，并專門辟了一個展覽館，當?shù)氐墓賳T數(shù)次邀請，但一直等不到到主人的歸來。 2014年4月，75歲的崔琦帶著家人回到闊別63年的故鄉(xiāng)——寶豐縣肖旗鄉(xiāng)范寨村范莊自然村……