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在磁场比较小的时候（注意整个实验过程中，通过样品的电流保持恒定），von Klitzing观察到霍尔电压（图中的Vxy）的确像我们开始提到的公式VH=BVL那样线性增加，而电流方向上的电压Vxx没有什么变化，也就是说导体的电阻没有随着磁场的增加而改变。这两点可以从图16.21红色虚线内的数据看出来。但是随着磁场的进一步增加，到1.5T以上时，奇怪的事情发生了，霍尔电压Vxy不再随着磁场线性上升，而是出现一系列平台一样的结构。而且Vxx出现了等于零的情况（图中红色箭头所指区域）！这是什么意思？这表明，当磁场强度处于这些值附近时，导体在电流方向上是没有电阻的（否则的话电压等于电流乘以电阻应该不为零）！是不是很神奇呢？我们知道超导体也是没有电阻的，所以如果我们用它来输送电能，将会大大地节省在输电线路上消耗的能源。而von Klitzing先生通过这个实验告诉我们，除了超导体，还有另外一种状态也可以出现零电阻，那就是给一个非常薄的导体加上强磁场。
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图16.21 量子霍尔效应
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图片取自俄文维基百科（网址http://en.wikipedia.org/wiki/File:Quantum_Hall_effect_-_Russian.png）
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要理解为什么会出现这么奇怪的现象，需要用到量子力学，所以它被称作量子霍尔效应，而1982年，华人物理学家崔琦以及美国物理学家Horst Störmer用更加纯净的样品来研究量子霍尔效应时，他们意外地发现在量子理论预言霍尔电压不应该出现平台的地方出现了新的平台，被称为分数量子霍尔效应。像超导体一样，这两种霍尔效应实际上是物质存在的新形态。从这两个非常意外的发现之后，无数理论家实验家投入毕生的心血研究它们。由于其重要性，von Klitzing获得了1985年的诺贝尔奖，崔琦、Störmer和理论家Laughlin获得了1998年的诺贝尔奖。
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从实用的角度来看，零电阻这个性质是非常诱人的，但是需要外加强磁场，这个限制了它的应用。我们总不能在每根电线底下都摆一溜巨大的电磁铁吧！所以科学家们一直在寻找一种全新的材料，它们无需外加磁场也可以出现量子霍尔效应中的零电阻特性。最近几年，这个方向开始出现重大突破，研究人员合成了被称作拓扑绝缘体的材料，在无需外加强磁场的条件下也能呈现零电阻的特性。也许在不久的将来你就会发现有号称使用“拓扑绝缘体技术”、超低能耗的山寨手机了！
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[1].本电路改进自网络上的一个制作，不知原作者姓名，在此谨表谢意！
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[2].请参考文献Joseph E.Avron,Daniel Osadchy,and Ruedi Seiler,A Topological Look at the Quantum Hall Effect,Physics Today,August 2003。
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） [:1701074941]
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） 图书在版编目（CIP）数据
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验/薛加民著.—2版（修订本）.—北京：人民邮电出版社，2014.8
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ISBN 978-7-115-35498-3
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Ⅰ.①我… Ⅱ.①薛… Ⅲ.①科学实验—普及读物 Ⅳ.①N33-49
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中国版本图书馆CIP数据核字（2014）第109917号
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内容提要
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全息成像、激光传声、磁悬浮……本书让你通过身边的有趣实验完成前沿科技的奇妙体验。这是一本关于物理学的原创科普图书，作者用独特的视角与方式，深入浅出地为你揭秘光、电、磁等物理学领域的专业知识；这是一本面向喜欢动手的科学爱好者的指导手册，让你在轻松完成有趣物理实验与制作项目的同时，探究出“高科技”的奥秘。
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◆著 薛加民
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责任编辑 房桦
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责任印制 周昇亮
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◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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