spin 谱 螺旋线 曹卫东呵呵笑起来，说，＂好吧，我们试试吧。一个均匀磁场会给一个运动中的电子一个力。这个力既垂直于磁场的方向，又垂直于电子的运动方向。你们想想，这个力会使电子的运动有什么改变？＂吉米和淑君两人都想了一会儿，淑君小心翼翼地说，＂是个圆圈吗？＂吉米说，＂好象不大对。＂曹卫东说，＂差不多。如果电子运动方向正好垂直于磁场，那么恰好是一个垂直于磁场的圆圈。如果运动方向不正好垂直于磁场呢？＂吉米大声说，＂噢，是一个螺旋线！

曹卫东呵呵笑起来，说，＂好吧，我们试试吧。一个均匀磁场会给一个运动中的电子一个力。这个力既垂直于磁场的方向，又垂直于电子的运动方向。你们想想，这个力会使电子的运动有什么改变？＂吉米和淑君两人都想了一会儿，淑君小心翼翼地说，＂是个圆圈吗？＂吉米说，＂好象不大对。＂曹卫东说，＂差不多。如果电子运动方向正好垂直于磁场，那么恰好是一个垂直于磁场的圆圈。如果运动方向不正好垂直于磁场呢？＂吉米大声说，＂噢，是一个螺旋线！




曹卫东呵呵笑起来，说，＂好吧，我们试试吧。一个均匀磁场会给一个运动中的电子一个力。这个力既垂直于磁场的方向，又垂直于电子的运动方向。你们想想，这个力会使电子的运动有什么改变？＂吉米和淑君两人都想了一会儿，淑君小心翼翼地说，＂是个圆圈吗？＂吉米说，＂好象不大对。＂曹卫东说，＂差不多。如果电子运动方向正好垂直于磁场，那么恰好是一个垂直于磁场的圆圈。如果运动方向不正好垂直于磁场呢？＂吉米大声说，＂噢，是一个螺旋线！＂曹卫东说，＂对了！总之，在磁场作用下，运动的电子会拐弯。所以，如果在磁场中的一个导体通上电流，就会在垂直于电流和磁场的方向产生一个横向电压。这就是霍尔效应。＂吉米说，＂等等。磁场和电流是同一个方向的吗？＂＂不是。一般是让磁场和电流互相垂直。这样的效果最大。产生的霍尔电压又和它们俩都垂直。就象xyz三个坐标轴。＂吉米说，＂我明白了。那什么是量子霍尔效应呢？＂
曹卫东说，＂啊哈，这才是好玩的部分。在介观尺度，量子现象就出现了。电子在磁场中的能级变成分立的。＂吉米问，＂为什么磁场会使电子能级分立呢？＂曹卫东想了一下说，＂如果用一个粗略的说法，一定速度的电子就有一定的波长。在磁场中因为电子轨道是圆圈，圆圈的周长必须是电子波长的整数倍，所以电子垂直于磁场方向的的速度就不能是任意的了。这样一来，改变磁场强度或改变电子速度，在一定范围内霍尔电压都不变。改变多了，霍尔电导会跳一个整数倍。最有意思的是，霍尔电导跳跃的整数正好是电子电荷的平方除以普朗克常数。＂这时候，吉米和淑君两人都听不懂了。淑君说，＂你瞧人家学的东西多高深啊。咱家吉米就只会写几个程序。＂吉米说，＂行，我也跟卫东学点物理。＂




吉 米问，＂最近在做些什么好题目啊？＂曹卫东说，＂我在研究自旋霍尔效应是怎么回事。＂吉米问，＂这和自旋电子学有关系吗？＂曹卫东 说，＂也许有吧。＂吉米说，＂能不能给我们解释解释是什么东西？＂曹卫东笑了起来，＂这东西还没到进教科书的程度呢，我解释的也可能 不对。＂吉米说，＂我又不拿你教的东西去考学位，你怕什么。随便讲讲嘛。＂曹卫东说，＂好吧。这自旋霍尔效应其实是个相对论效应。＂吉 米吸了一口气说，＂喔啊，我喜欢这个。＂淑君白了他一眼，说，＂安静些，听他讲。＂曹卫东说，＂电子是有自旋的，相应的也有一个磁 矩。这个磁矩就会和外界磁场有相互作用。而电子围绕着原子核转动，因为它是带电的，就相当于有一个小线圈绕在原子核外面。这 个小线圈就会产生一个磁场。电子自旋和这个磁场的相互作用就叫做自旋轨道耦合。＂吉米问，＂这个自旋轨道耦合听起来很经典的样子，哪 里有相对论呢？＂曹卫东说，＂第一，磁场大小取决于电子速度和光速的比值。如果光速无限大就没有磁场了。第二，用经典理论算出来的自旋轨道耦合比实际上要大一倍。正确的解要从相对论量子力学的狄拉克方程里解出来。非相对论的薛定鄂方程里解不出自旋轨道耦 合，除非你另外做假设硬加进去。＂ 吉米问，＂自旋轨道耦合和自旋霍尔效应有什么关系？＂曹卫东说，＂因为自旋轨道耦合，电子在外加电场下加速的时候，会产生一个内秉磁场，这个磁场会让电子拐弯，就象霍尔效应一样。＂淑君说，＂怎么听起来给人感觉象是那种揪着自己的头发就能把自己提起来的问题。＂ 曹卫东说，＂不是。有一个外加电场呢。＂淑君说，＂比如你的外加电场是冲南。你说电子应该往南加速呢，还是往西加速？如果往西加速， 不违反动量守恒吗？＂曹卫东说，＂电子一半自旋向上，一半向下，它们的横向加速度相反，合起来的总加速度为零。所以不违反动量守恒。 虽然没有横向电流，但是因为两个自旋方向相反的电流方向相反，有一个横向自旋流。所以叫自旋霍尔效应。＂淑君仍然不相信，问，＂那 如果电子只有一种自旋呢？能不能只有一种自旋？＂曹卫东说，＂嗯，这是一个好问题。这样就需要电子和晶格散射来产生一个横向动量。也 就是说，没有晶格散射，就不应该有自旋霍尔效应。哎哟，肖教授的理论有大问题啊。不对，不对，不应该这么简单。我一定是什么地方搞错了。对不起，哪儿有纸和笔？＂吉米递过来一些稿纸和一枝笔，曹卫东演算起来，完全忽视了吉米和淑君。




体效应二极管又称耿氏（Gunn）二极管或转移电子器件（TED），它可以实现微波信号的产生和放大 ，体效应二极管与普通器件的比较： 1、普通器件是以结或栅为其工作基础的；而体效应二极管为体器件，不存在结或栅； 2、大多数晶体管是由单一半导体元素制成的，如硅。而体效应器件是用化合物半导体材料生产，如砷化镓（GaAs）、磷化铟、（InP）、或碲化镉（CdTe）制成的； 3、晶体管是以能量比半导体中电子热激发能量（室温下0.026eV）大不了多少的“温热”电子工作，而体效应器件是以能量比热激发能大的多的“热”电子工作的。 体效应二极管是在1963年由IBM公司的J.B.Gunn发明的。1967年用外延法制作成实用的耿氏（Gunn）二极管。1969年采用倒装结构改善散热。此后体效应管的研制和生产发展迅速，成为一种成熟的微波半导体功率器件，成功取代了小功率反射速调管，在4-60 GHz的频率范围内，广泛用于本机振荡器、讯号源、泵源及小功率发射源。 体效应二极管的结构是简单的：将一块n型GaAs外延片，两面作上欧姆接触，装入管壳内，并焊上引线即可。把这样一个体效应二极管安装在谐振腔内，管子两端加上子流电压，这时体效应管就能将输入的直流能量转变为微波能量输出。