圍繞霍爾效應的那些概念
銳·聚焦
作者:林森
霍爾效應:此為電磁效應的一種,是美國物理學家霍爾於1879年發現的。在一個通有電流的導體中,如果施加一個垂直於電流方向的磁場,由於洛倫茲力的作用,電子的運動軌跡將產生偏轉,從而在垂直於電流和磁場方向的導體兩端產生電壓,這個電磁輸運現象就是著名的霍爾效應。產生的橫向電壓被稱為霍爾電壓,霍爾電壓與施加的電流之比則被稱為霍爾電阻。由於洛倫茲力的大小與磁場成正比,所以霍爾電阻也與磁場成線性變化關係。
與量子霍爾效應相關的發現之所以屢獲學術大獎,是因為霍爾效應的功能在許多技術設計中都十分重要。人們日常生活中常用的很多電子器件的設計原理都來自霍爾效應,僅汽車上廣泛應用的霍爾器件就包括:信號傳感器、防鎖死刹車係統中的速度傳感器、汽車速度表和裏程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度傳感器等。
反常霍爾效應:1880年,霍爾在研究磁性金屬的霍爾效應時發現,即使不加外磁場也可以觀測到霍爾效應,這種零磁場中的霍爾效應就是反常霍爾效應。反常霍爾效應與普通的霍爾效應在本質上完全不同,因為這裏不存在外磁場對電子的洛倫茲力而產生的運動軌道偏轉。反常霍爾電導是由於材料本身的自發磁化而產生的,因此是一類新的重要物理效應。
量子霍爾效應:此為霍爾效應的量子力學版本。一般被看作是整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的統稱。整數量子霍爾效應被德國物理學家馮·克利青發現,他因此獲得1985年諾貝爾物理學獎。分數量子霍爾效應被美國科學家崔琦和霍斯特·施特默發現,獲得1998年諾貝爾物理學獎。
整數量子霍爾效應最初在高磁場下的二維電子氣體中被觀測到,分數量子霍爾效應通常在遷移率更高的二維電子氣下才能被觀測到。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯,在常溫下觀察到量子霍爾效應。
量子反常霍爾效應:在凝聚態物理領域,量子霍爾效應研究是一個非常重要的研究方向。量子反常霍爾效應不同於量子霍爾效應,它不依賴於強磁場而由材料本身的自發磁化產生。在零磁場中就可以實現量子霍爾態,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。自1988年開始,就不斷有理論物理學家提出各種方案,然而在實驗上沒有取得任何進展。2013年,由清華大學薛其坤院士領銜、清華大學物理係和中科院物理研究所組成的實驗團隊從實驗上首次觀測到量子反常霍爾效應。
量子反常霍爾效應對材料性質的要求非常苛刻:材料能帶結構必須具有拓撲特性從而具有導電的一維邊緣態;材料必須具有長程鐵磁序從而存在反常霍爾效應;材料體內必須為絕緣態從而隻有一維邊緣態參與導電。在實際材料中實現以上任何一點都具有相當大的難度,而要同時滿足這三點對實驗物理學家來講更是巨大挑戰,正因為此,美國、德國、日本等科學家都未取得最後成功。
男教師留下來的秘密
空導院幼兒園創建於上世紀60年代初期,是一所有著深厚文化積澱、優良辦學傳統的省級示範幼兒園。由於辦學質量過硬,社會聲譽良好,近年來發展迅速,目前共有三個園所42個班,在園幼兒近1300人,教職工229人。
從2005年9月陳高強來到空導院幼兒園成為該園的第一名男教師開始,到目前的17人男教師團隊,中間除了有2人因為結婚、考研不得不離開幼兒園,更多的人一來到這所幼兒園就喜歡上了這裏的文化氛圍和成長空間。
園領導對男教師的重視和關心愛護,是他們留下來的首要原因。園長賈曉燕對於幼兒園引進男教師的必要性和重要性有自己獨到的認識,提出了“待遇留人、感情留心、事業留魂”。園領導班子始終關心著男教師們的工作、生活和專業成長,盡最大可能為他們提供更舒心的工作環境和更寬闊的成長空間。
園領導還盡可能為男教師提供更多的學習和進修機會。每當國內舉辦有關學前教育的專家講座、學術交流會議、課例展評活動,或者當地教育部門組織上公開課、觀摩課,園裏都會把更多的名額分配給男教師,讓他們多一些學習、磨煉的機會。男教師在公開課、觀摩課、論文評比中獲得了名次,園裏還會給予特別獎勵。
不光園領導“偏愛”男教師,園裏的女教師也樂於“照顧”男教師。很多男教師不是學前教育科班出身,剛到幼兒園時組織教學有困難,女教師就幫助他們維護課堂秩序,給他們講與幼兒相處的經驗和技巧,直到他們能夠熟練地組織好課堂教學。