霍尔效应的发现和余绩

克利青的耕耘

1980年西德物理学家克利青在国际精密电磁测量会议上发表了量子霍尔效应。这个效应既考虑到霍耳电压效应，又考虑到二维电子气（薄层电子）能量的量子特性，即这种电子气具有以量子（能包）方式增加或减少能量的倾向，是阶跃式的而不是渐变的。

他利用金属氧化物半导体场效应晶体管表面的电子作为电子气，接通电流，并将晶体管置于极强磁场和极低温度之下，当通过电流的电压增大时，霍尔电压是阶跃式下降而不是线性下降。将测得的霍尔电压和电流数值代入计算精细结构常数的方程，能够得到很精确的数值。

冯·克利青教授对中国记者说，他的“成功之道在于持之以恒。”他解释道，任何人做任何事，都需要积累知识，积累经验，因此在某一领域内坚持不懈地努力是十分必要的。克利青说：“我们测量了大量的不同样品，不断变化载流子浓度，将磁场从零扫描变化到最强磁场……尽管这些都是令人乏味的工作”，他还说：“这些测量曲线，无时不在我的脑子里盘旋，……。终于我们发现了这个基本规律。”

冯·克利青是第16位荣获诺贝尔奖的德国人（1985年），西德马普学会固体材料所教授。他的成功说明，坚持在某一领域内作研究工作。即使象耕地式的，一小块一小条的翻耙耕耘，也会有所发现。对于一百年前就已经发现的古老的霍尔效应来说，能否有什么突破，是很难估计的，然而克利青就是在这种情况下工作的，他并不认为这个枯燥乏味的测量工作最后就一定会导致新发现，但事实却告诉我们，冷门处往往会有所发现，而热门处由于人多台阶高，却不一定能尽如人意。

四个伴生效应的发现

霍尔的发现震动了科学界，许多科学家转向到这一领域内继续进行研究。不久，就发现了厄廷好森（Ettinghausen）效应、能斯脱（Nernst）效应、里纪-勒杜克（Right-Leduc）效应和不等位电势差等四个效应。

下面简述这四个效应的要点：

厄廷好森效应：根据统计观点，自由电子的速度是不可能一致的，凡大于平均速度的电子将聚集在b面上，而小于平均速度的电子将滞留在a面上，如图所示。由于快速电子能量大，所以温度高，于是b面的温度将高于a面，温度差将引起温差电动势。

能斯脱效应：c、d两点分别为引线和金属薄片的接触处，这两处的接触电阻不同，在电流通过时，将产生不同的焦耳热，温度不同将导致温差电动势。

里纪-勒杜克效应：由能斯脱效应产生的电流也会产生厄廷好森效应，因此也引起附加电势差。

不等位电势差：另外二个引入线和金属薄片的接触点a和b的位置不对称，当在金属薄片中通过电流时，a、b两电极不在同一等位面上，因此而引起的附加电势差。

四个伴生效应的发现说明，任何一个新发现都不可能做到完美无缺，非常需要继续研究、继续检验和继续发现。而且一个新发现正是引导科学家们去“淘金”的方向标。