与诺奖大师对话：探讨物理篇

量子霍尔效应（quantum Hall effect）是量子力学版本的霍尔效应，需要在低温强磁场的极端条件下才可以被观察到，此时霍尔电阻与磁场不再呈现线性关系，而出现量子化平台。

【整数量子霍耳效应】

在某些人造的二维半导体结构中，电子气限制在极薄的一层之内运动，在垂直层面方向施加强磁场，在层面与电流I相垂直的方向上出现电势差VH，称为霍耳电压，RH=VH/I称为霍耳电阻。经典霍耳效应表明，RH随所加磁场的磁感应强度B增加而增加，呈线性关系。1980年冯·克利钦在4.2K或更低温度测量这种半导体结构的霍耳电阻，发现RH与B的关系是在总的直线趋势上出现一系列平台，平台处的RH=h/ie2，这里i是正整数，h为普朗克常数，e为电子电荷。该现象称为整数量子霍耳效应。

i=1时，量子霍耳电阻值为h/e2，等于25.812,8千欧姆，称为冯·克利钦常量。实验上霍耳电阻的各个量子化值都极为精确。1990年元旦起，国际计量组织选用量子霍耳电阻作为电阻计量标准。量子霍耳效应提供了一种独立于量子电动力学的凝聚态物理实验方法来测量自然界的基本常量精细结构常量α=e2/ћc，其中c为真空光速，ћ=h/2π为约化普朗克常数。

量子霍耳效应的实质是在强磁场中电子的运动形态发生变化，由具有一定速度的直线运动变为在垂直磁场平面中的圆周运动，与之相应电子能谱发生改组：由自由运动的准连续谱变为反映圆周运动的朗道能级En=(n+1/2)ωc，式中ωc=eB/(m*c)是圆周运动的角频率，其中m*为电子的有效质量，n=0,1,2,… 因此能级间距大小由磁场决定，当电子气正好填满i个朗道能级时，霍耳电阻RH=h/ie2。

在平面中有同样半径的圆周轨道具有相同的能量，属于同一朗道能级。为了保证电子在作圆周运动时不被散射，应满足的条件是ωcτ≥1，这里τ是电子相继两次散射间的平均自由时间，所以只有在强磁场及低温下（τ可较大）时才能实现量子霍耳效应的观测。

半导体中存在无序分布的杂质引起的无规则的势场，它一方面使朗道能级展宽成为一个小能带，能带中央的态是广延态；另一方面使能带两端部分电子态成为定域态。现今认为量子霍耳平台的出现源于费米能量处于定域态区。霍耳电阻数值之精确源于费米能级以下的朗道能级总是整数值。

【分数量子霍耳效应】

1982年崔琦、H.施特默和A.戈萨尔对有更高迁移率的铝镓砷/砷化镓异质结中的二维电子气在更强磁场和更低温度条件测量它的霍耳效应，除看到更明显的整数量子霍耳效应的平台之外，还发现当最低朗道能级被电子填充比为z=1/3、2/3、4/3、5/3、2/5、3/5、4/5、2/7等奇分母分数值时也有霍耳电阻平台，这就是分数量子霍耳效应。1983年R.劳克林提出一种计及电子间库仑关联效应的多电子波函数能成功地描述此现象，指出z=1/m（m为奇整数）的状态，必出现能隙Δm和带分数电荷e*=e/m的准粒子。果然不久测出能隙Δm，又于1996年实验上确证在z=1/3的状态，存在分数电荷e*=e/3的准粒子。

整数和分数量子霍耳效应的发现人和理论创造者分别获得1985年和1998年的诺贝尔物理学奖。

国际通用计量学基本术语

VIM，国际通用计量学基本术语，由国际计量局(BIPM)、国际电工委员会(IEC)、国际临床化学和实验医学联合会(IFCC)、国际标准化组织(ISO)、国际理论化学和应用化学联合会(IUPAC)、国际理论物理和应用物理联合会(IUPAP)和国际法制计量组织(OIML)发布。

【研究内容】

从计量学这种广义定义，表明现代计量学所包括内容的丰富，它研究的主要方向有：

1、研究计量单位及其基准、标准的建立、复现、保存和使用；

2、研究计量与测量器具的特性和测量方法；

3、研究测量不确定度和误差理论的实际应用；

4、研究计量、测量人员的测量能力和检定、核准能力；(www.xing528.com)

5、研究基本物理常数、标准物质、材料特性等的有关理论和测量；

6、研究一切测量理论和实践问题；

7、研究计量法制和计量管理问题。

【分类】

计量学包括很多专业，应用范围十分广泛。中国目前根据被测的量来分类，大体可以分为十大类：几何量（长度）、温度、力学、电磁学、电子（或无线电）、时间频率、电离辐射、光学、声学、物理化学（含标准物质）。

国际单位制（international system of units）是国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。

国际单位制（法语：Système International d'Unités 符号：SI），源自公制或米制，旧称“万国公制”，是现时世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统，采用十进制进位系统。是18世纪末科学家的努力，最早于法国大革命时期的1799年被法国作为度量衡单位。国际单位制是在公制基础上发展起来的单位制，于1960年第十一届国际计量大会通过，推荐各国采用，其国际简称为SI。

【基本单位】

基本单位的定义始于1889年，在近百年内，由于科学技术的发展，它们的定义也在不断发生变化，下面简述其定义和演变的情况。

1米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内的行程

kg

t

1秒是铯-133原子基态两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770周期的持续时间

K

1摩尔是一系统的物质的量，系统中所包含的基本单位与0.012千克碳-12的原子数目相等

2. 单位名称和单位符号两栏，前为中文符号，后为国际符号。例：“安培”可简称“安”，也作为中文符号使用。圆括号内的字，为前者的同义语。例：“千克”也可以称为“公斤”。

3.Kg（Kilogram）原名称：G（Grave）。