第55章 三次诺贝尔奖的奇迹

下午最后一节课的英语课上，周泰林开始闭目养神。

不是他不想听课，实在是英语课他没有听的必要，他现在的英语水平哪怕面对英语老师都不落下风。

上辈子的记忆让周泰林获得了巨大词汇量和表达能力，但与此同时，也让他痛失了挥洒汗水勤奋学习的机会，不得不说，实在是令人扼腕叹息。

借着躲在后排闭目养神的机会，周泰林开始思考起了自己的课题。

既然要做量子自旋霍尔效应，他就准备从头学起。

而要是从头说起，那就不得不提到麦克斯韦了。

凡是学过物理的人一定都知道大名鼎鼎的麦克斯韦，麦克斯韦建立的电磁理论让人类美美地用上了一百多年，连爱因斯坦也评价它“是牛顿以来，物理学最深刻和最富有成果的工作”。

麦克斯韦在他的《电磁学》卷二中这样写道：“作用在磁场中一个通电导体上的机械力，是作用在导体上，而不是电流上。在导线中流动的电流完全不受附近磁铁的影响……”

当时，一个叫霍尔的无名小子，美国霍普金斯罗兰教授的一个博士学生，对这句话产生了怀疑。因为霍尔的老师罗兰，还有瑞典物理学家埃德隆教授，都明确地认为，在磁铁的作用下导电体会产生移动，是因为有一个力作用在电流上。

麦克斯韦和埃德隆等的分歧，是在于到底有没有力作用在“电流”上。这儿用的是“电流”而不是“电子”，是因为当时大家还不知道电子为何物，完全不清楚金属的导电机制是由于其中自由电子的移动而造成的。而汤姆森发现电子还是在20年之后的1899年的事情。

霍尔在导师罗兰教授的支持鼓励下，经过了许多次实验的失败和教训而楔而不舍，最后刚好在麦克斯韦去世前一星期，霍尔第一次正式确切地观察到之后以他的名字命名的霍尔效应。他发现通过金箔片的电流在磁场里确实受到了磁场的作用，并因而产生了一个方向与电流和磁场都垂直的电压，这个电压之后被称为霍尔电压。

1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时，又发现了一种即使不加外磁场也可以观测到的霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应后来被命名为反常霍尔效应。

在这之后的140多年里，物理学家们对各种霍尔效应的研究一直连续不断。特别是在上世纪80年代发现量子霍尔效应之后，更多霍尔效应的家族成员相继被发现，成为凝聚态物理中的一大热门课题。

直到2013年，水木大学的薛七坤教授联合国内外团队发现了量子反常霍尔效应，整个霍尔效应大家族成员的探索才画下圆满的句号。

其实把“霍尔效应”当作固定宾语，按照“量子”，“自旋”，“反常”三个定语的排列，理论上一共有8种可能的组合：

1.霍尔效应 Hall effect

2.反常霍尔效应 Anomalous Hall effect

3.自旋霍尔效应 Spin Hall effect

4.量子霍尔效应 Quantum Hall effect

5.量子反常霍尔效应 Quantum Anomalous Hall effect

6.量子自旋霍尔效应 Quantum Spin Hall effect

7.反常自旋霍尔效应 Anomalous Spin Hall effect

8.量子自旋反常霍尔效应 Quantum Anomalous Spin Hall effect

但是这八种组合，从物理意义上来说不一定都是“有道理的”，比如最后两种。所以，霍尔效应大家族的成员一共有六位。

除去古早时期霍尔发现的两种霍尔效应；再除去2001年尚未被发现的量子反常霍尔效应、量子自旋霍尔效应；光是量子霍尔效应这一项，在周泰林现在所处的时代就已经两度摘得诺奖：1980年，德国科学家冯·克利青发现了“整数量子霍尔效应”，于1985年获得诺贝尔物理学奖；1982年，美籍华裔物理学家崔琦、美国物理学家施特默等发现了“分数量子霍尔效应”，不久由美国物理学家劳弗林给出理论解释，三人分享了1998年诺贝尔物理学奖。

如果再算上和半整数量子霍尔效应相关的石墨烯在2010年获得诺贝尔物理学奖，那霍尔效应完全可以称得上是一个获得了3次诺贝尔奖的奇迹。

而周泰林准备研究的量子自旋霍尔效应，尽管在他重生前还没有获诺贝尔物理学奖，但说它是诺奖级别成果，这一点在学界毫无争议。

可惜天妒英才，量子自旋霍尔效应的最重要研究者之一的张守成因为种种意外不幸逝世，实在是一件令人惋惜的事。

……

一节英语课转瞬即过，周泰林脑海中观看的霍尔效应相关内容勉强理解了三分之一。

回到家里，他找机会向老周提了几个他不太清晰的问题，没想到老周还真会，这让他自己也不由得感慨连连。

果然术业有专攻，要是只靠自己摸索，在参考文献不充足的情况下只怕几个月都不一定理解得顺畅。

周泰林也暗暗思索，看来搞学术，闭门造车是行不通的，还是得多交流呢……