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鬼才(二) 草根首頁 | 設為首頁 | 加入收藏
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評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
曹耀成:
搞了經濟學搞宇宙學,看來車博主能做的事很多。
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   對于宇宙之事,我生來好奇,而經濟學是受生活逼迫而引起的思考。能夠窺其真相,實為僥幸。
2019-04-18
評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
曹耀成:
2000年前屈原曾作《天問》,現今車博主在作《天答》了。
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    曹老師取笑了,余能用生平所學揭示宇宙真相一二,便以足慰平生,豈可“天答”而自居者也。
2019-04-18
評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
而且我的推理都是連貫的,強電磁波激活電阻絲磁性能使其發光發熱,那么光線電磁波激活人體磁場會怎樣?發光是不可能的了,因為光線電磁波是較弱的一種電磁波,但這種電磁波導致人體磁性活躍而發熱完全有可能吧?
2019-04-18
評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
mikezc123:資深評論員百強評論特別貢獻
愛因斯坦的著名光學實驗:廣的衍射和干涉,是波的特性;光電效應,是粒子特性。愛因斯坦,憑光電效應實驗,獲得諾貝爾物理學獎。
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實驗測試與理論解讀雖有關聯,但卻是兩個層次。因為實驗測試獲得的是數據與效果,但理論解讀確有不同的解法。這要看誰給出的理論解讀能夠完整自洽,沒有留下不能自圓其說的破綻,那么這樣的理論才會是最接近真相。
在當時,愛因斯坦對實驗效果解讀得最合理一點,當然可以拿到諾貝爾獎。如果我的解釋比愛因斯坦的解釋更合理一點,那么在同樣的條件下同時向諾貝爾評審機構遞上我的論文,那么我在當時就會比愛因斯坦更有希望獲得諾貝爾獎。
    我在神秘的電子一文中,解釋電流并非電流,而是強電磁波,我在其中的各種解釋都是很通暢,沒有不能自圓其說之處,并通過此觀點推理出燈泡里面的電阻絲發光發熱是因為勵磁波(強電磁波)激活電阻絲本身含有的磁性所致。并且我以此為據,順勢而為的推測到,太陽永久性的發光發熱的燃燒是因為太陽物質的磁性被劇烈激活所致。這樣就很好的解釋了太陽為什么能夠燃燒50億年而不衰竭的真正原因。
     如果你認為我質疑愛因斯坦的光電理論不對,那么你來解釋我前面的提問,光粒子憑什么以波的形式向前激射?動力是什么?
2019-04-18
評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
soulpaul:
熱從微觀上來說本就是粒子動能的宏觀現象的延伸,光不論是什么,終歸也是一種粒子動能的表達形式,它的能量也是太陽活動帶來的,它的到來帶來了熱量,本質上也是動能傳遞,所以我不認為文章的表述是正確的。
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    光粒子以波的形式向前激射?如子彈向前激射有波沒有?光粒子不僅跑得快,而且是以波的形式向前激射,每秒30萬公里,你能解釋一下有這種可能性的存在嗎?是什么原理導致光粒子以波的形式向前激射?動力是什么?而且光粒子還得象波浪一樣跳躍?
2019-04-18
評論對象: 太陽的熱量并沒有通過光線傳輸到地球
凡是波傳的事物需要介質,就象水波浪需要有水才能傳播。光波的介質應該就是宇宙磁場。磁場的形態是什么東西?它就象兩塊磁鐵同種相斥、異種相吸那種看不見摸不著的東西。
    太陽光線分可見光與不可見光,不可見光是紅外線與紫外線?茖W家們通過實驗,發現紅外線就是導致物體發熱的東西,它明顯比可見光更快的導致物體發熱。而且紅外線的波長與可見光的波長不是一致的。紅外線波長大于可見光波長。
2019-04-17
評論對象: 宇宙火柱噴流現象可以證明黑洞是空洞的
黃兄:西方人就喜歡危言聳聽,包括西方科學家們也一樣,把未知領域編造成聳人聽聞的東西來搏人眼球,自己則借此出名。
2019-04-15
評論對象: 宇宙火柱噴流現象可以證明黑洞是空洞的
哪有什么光粒子,不信你可以做實驗,將一塊瀝青置在烈日下暴曬很久,看看其質量是否增加?
不能收集儲存的事物,應該都不是粒子。常識就是,粒子需要動力驅動才能產生前進運動,一個集束手電筒內的反光玩意兒能夠把光粒子驅動到每秒30萬公里?
某些科學家們說光線也是一種電磁波,具有波粒二象性云云,這樣解釋是不是自相矛盾?這就好比說水波浪也是波粒二象性一樣。
2019-04-15
評論對象: 宇宙火柱噴流現象可以證明黑洞是空洞的
宇宙火柱噴流現象所噴出的是集束式強烈光線,因為只有光線才能達到如此速度,而物質的東西即便是激射再快,也達不到光線的速度。
2019-04-15
評論對象: 姬安寧:首張黑洞照片隱藏的驚人奧秘[草根話題]
刪除
2019-04-13
評論對象: 太陽系的起源之謎
你根本不懂;肇基化元,萬物資始,五運終天。
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狗屁不通的神話迷信,我為什么要懂?懂了就變成你這樣的廢人了!
2019-03-07
評論對象: 太陽系的起源之謎
中華術數:
哈哈哈哈;15樓;你根本不懂;肇基化元,萬物資始,五運終天。你是被現今的西野所謂的科學迷惑的太深了。如今西野的科學已經步入了死胡同了,不要抱著不放。
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    你的意思是說,中國天文臺所觀察到的宇宙,所有的航天科技,人造地球衛星等等,都是西學,都進入了死胡同,只有你一個人掌握了真理,只有你一個人還有發展?
    是你抱著迷信不放,然后詆毀天下人發展科技說是抱著西學不放,不覺得自己已經失去理智了嗎?
2019-03-07
評論對象: 太陽系的起源之謎
你的這些觀點可以寫神話小說,沒人攔你,千萬別用這些毫無證據觀點來否定現代科學。還火神都整出來了,神話故事看得太多了!
2019-03-05
評論對象: 太陽系的起源之謎
中華術數:
12樓好;太陽是火神所化,是肇基化元之后產生的五種功能之一,即火。如今人類觀察的太陽系及其行星,不是太陽的功能控制其行星的,而是整個宇宙控制的,所以我們民族古代有二十八星宿控制地球氣候環境的學說。有天干地支五行。燥以干之,暑火以蒸之,風以動之,濕以潤之,寒以堅之,行星圍繞太陽公轉呈一個平面;是因為其它星球空間產生壓力迫使的,如28星宿等等。
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   你這是想了多久拼湊的幾個字?現在的天文望遠鏡可以觀察幾十萬光年遠的距離,還看不出太陽是一個多大的東西?人類都登上了月球、探測器登上了火星,你還沒有醒?
2019-03-05
評論對象: 評張五常的《中國的前途》(六)
張五常已經是美國國籍,那么他來中國指手畫腳應該包藏禍心,這一點確實可疑!
2019-03-03
評論對象: 神秘的電子
王德奎 先生:
     看了你的《量子反;魻栃杰囄滠娚衩仉娮拥穆撓怠芬晃,總體感覺一是專業性太強,以我的物理知識水平還不能夠看懂。畢竟,我沒有經過專業的物理知識訓練,對一些量子學理論方面的專業術語不懂。二是感覺你描述的跨度太大,涉及的范圍太廣,描述的層次太多,增加了理解的難度。三是文章太長,我都看得有些疲憊了。
    建議你在草根網發表類似的論文時,一定要通俗一點,專題對某件事物或某項研究的描述,走馬觀花我們就更看不懂了,或者您在較專業的科技網站發表會更合適一些。在這兒,您有些屈才。
2019-02-21
評論對象: 神秘的電子
量子反;魻栃杰囄滠娚衩仉娮拥穆撓 (四)

  王德奎

量子色動化學使用的量子卡西米爾效應原理的類似“暴露組學”----卡西米爾效應平板之間空間中的虛粒子的數目,比正常數目減小造成的“卡西米爾力”導致物體間的“相互吸引”而非“相互排斥”的真空,“0點能”中的“0”,量子色動化學看重的是“數論”中,所指的普世計算的正、負數對,相加或減類似“量子起伏”等于“0”的“0”;但這里的“正、負數對”的“數”,不限于僅是“自然數”,或實數、虛數、復數----從而把物質的“真空”對應“量子起伏”,也分成兩大類真空----包含實數“正、負數對”的“數”的“量子起伏”,多于虛數或復數“正、負數對”的“數”的“量子起伏”,稱為量子局域性的“量子起伏真空”;而可以等效于量子霍爾效應“電子起伏真空”。反之,包含實數“正、負數對”的“數”的“量子起伏”少,而虛數或復數“正、負數對”的“數”的“量子起伏”多的,稱為量子非局域性的“量子起伏真空”;而可以等效于變為量子反;魻栃傲孔悠鸱婵铡。

由此,一般的磁場效應,類似“電子起伏真空”。它看不到“磁粒子”,而類似量子“波動”效應,且也是“量子非局域性”的。在華為搞科研的姜放教授,2018年公開出版《統一物理學(第2版)》一書中,他推證的空間基本單元“量子”,比標準模型基本粒子夸克、電子、中微子、引力子和膠子等小得多,是素數1595819的個數的聚合。例如,姜放認為構成一個電子的空間基本單元數目,是638327600。即至少是6億3832萬多個,且緊密接觸的。

由此可見,金屬低溫超導現象引出了BCS理論,兩個自旋相反的電子結成對子,名曰的庫伯對,實際類似一幅量子卡西米爾效應平板對。三維量子霍爾效應發現的復旦大學物理學系修發賢課題組,在拓撲半金屬砷化鎘納米片中觀測到的由三維“外爾軌道”形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據----類似一個“橫倒的梯形”,實際類似多幅量子卡西米爾效應平板對現象的,類似微積分計算光滑曲線的積分無限分割曲線為一個個間斷的直線片段辦法,使修發賢教授才邁向出量子霍爾效應從二維到三維的關鍵一步的。再看曹原將兩層石墨烯疊加在一起,當轉角接近魔角即1.1°的超導現象,其本質的量子卡西米爾效應平板對原理,并沒有實質性的變化。

再說薛其坤院士向量子反;魻栃膶崿F沖擊,高質量的Cr摻雜(Bi,Sb)2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,在極低溫環境下對其磁電阻和反;魻栃,在一定的外加柵極電壓范圍內,此材料在零磁場中的反;魻栯娮柽_到了量子霍爾效應的特征值,其量子色動化學使用的量子卡西米爾效應原理的類似“暴露組學”解釋,這里的“零磁場”并不等于沒有稱為量子非局域性的“量子起伏真空”問題。

在我國精英物理學家中,具有普遍性的是對量子卡西米爾效應的平板對之間的空間中的虛粒子的數目,比平板對外面的正常數目減小造成的量子局域性的“電子起伏真空”或量子非局域性的“量子起伏真空”,缺乏真正的馬克思列寧主義唯物論認知。原因是我國自然科學教育,受“以蘇解馬”哲學打著“否定科學實在論(唯物論)”(北大物理系王國文教授語)旗號----篡改馬克思、恩格斯、列寧等革命導師對物質存在類似虛數性質承認的影響,沒有看到愛因斯坦對19世紀末前后已開始出現的無產階級革命潮流的畏懼,把相對論數學公式和計算中明白含有帶虛數超光速的問題,在他的文字表達中公開聲明舍掉----在當時,這雖然是一種兩全其美的辦法,其實也困擾他終生和后追誰“以蘇解馬”哲學的學者,也需“扶貧”。

因為蘇珊·鮑爾的《極簡科學史》書中第一部分第5章“真空”,開篇說德謨克利特提出的原子論:“神靈也僅僅是由原子和‘真空’構成的”。其次,伊壁鳩魯也像德謨克利特一樣,解釋我們周遭的物質實體,“并非是由神靈的介入而創造出來的,而是因為原子在真空中不停地旋轉,不時意外跳躍,它向旁邊隨意一躍,撞上另一個原子,然而結合在一起,形成了新的實體”的。古希臘先哲德謨克利特和伊壁鳩魯的“原子論”,類似今天科學主流說的“量子論”,是不可分割的。眾所周知,馬克思大學畢業寫的研究論文,就是關于伊壁鳩魯的研究。信奉“神靈”,稱為“唯心主義”。

如果唯心主義說的是具體對象,年青的馬克思也贊成像伊壁鳩魯堅持德謨克利特的“神靈也僅僅是由原子和‘真空’構成的”量子論包括類似0、自然數、實數、虛數存在的數論量子論,去徹底解釋?梢婑R克思主義全球化的初心----這還可以從恩格斯的《反杜林論》中,恩格斯承認虛數是真實存在的,推知和馬克思的一致。再到19世紀末,列寧支持玻爾茲曼提出的類似烏托子球原子論----這類似的量子論且是統計熱力學的量子論----也可見馬列主義的初心。

“量子的非局域性”的薛其坤院士的量子反;魻栃l現,包含“量子糾纏”!耙蕴K解馬”哲學的量子非局域性與愛因斯坦的局域實在論是矛盾的,反而量子的非局域性能獲得薛其坤院士的證實----這是如今不篡改馬列主義的必然結果,就像蘇聯解體是馬列主義勝利的必然一樣。
2019-02-20
評論對象: 神秘的電子
量子反;魻栃杰囄滠娚衩仉娮拥穆撓 (三)

  王德奎

為了承受地殼的巨大向心壓力,鐵原子核之間的前線電子軌道將由吸引勢變成排斥勢,繼續壓縮,僅憑反鍵軌道結構來提供斥力已經遠遠不夠了。這些電子中必須有一小部分被擠壓出去,直接由鐵原子核的同性電荷相斥作用來反抗地心壓力。根據等離激子的振蕩頻率與自由電子濃度的平方根成正比的關系,地核液態鐵的電子外逸正好降低了費米電子的振蕩頻率,所以地核液態鐵是處于超導態的。固體金屬的超導態相變就沒那么容易了。固體材料的晶格格點之間的結合力越強,該材料的晶格格點本征振蕩頻率就越大。

但室溫下任何材料的晶格格點都存在無序熱運動,這種無序熱運動的動能,在量子力學里是把它處理成排斥勢。同時把對結合力有貢獻的作用處理成吸引勢,然后兩者加在一起作為一個勢能項來解薛定諤方程的。要想提高固體材料的晶格格點本征振蕩頻率,就須降低格點的無序熱運動。隨著溫度的降低,大量的有自旋值的電子通過晶格交換聲子,而凝聚成沒有自旋值的庫伯電子對,剩下的少量的有自旋值的電子,就有了較低的等離激子振蕩頻率,可以實現由木板角色向乒乓球角色的轉化?梢猿瑢嘧兊你~氧化物中的自由電子,濃度可能在降溫過程中變化不大,但銅氧化物晶格的結合力,可能在降溫過程中有突躍式的提高,從而實現兩者相對波硬度的反轉。材料的彈性模量越大,自旋獨立的電子濃度的允許值就越大,超導態下的飽和電流強度就越大,實用意義就越大。那么金屬材料銅氧化物材料,和石墨烯材料在低溫條件下,哪種材料的彈性模量大呢?

2018年《科技日報》12月19日記者張夢然報道,英國《自然》雜志發布2018年度遴選出的十位對科學界產生重大影響的科學人物,其中四川成都出生的年僅22歲的中國物理學家曹原,協助發現了讓石墨烯實現超導的方法,開創了物理學一個全新的研究領域,有望最終幫助提高能源利用效率與傳輸效率。從曹原及其團隊的發現,到與復旦大學修發賢教授課題組發現的比較,在用量子色動化學使用的量子卡西米爾效應原理來統一解釋上,和薛其坤院士團隊的發現,也是本質一致的。曹原將兩層石墨烯疊加在一起,當轉角接近魔角即1.1°、同時溫度環境達到1.7K(-271℃)時,它們會表現出非常規超導電性,其屬性與銅氧化物的高溫超導性類似雙層石墨烯系統中旋轉的效應。其實要想理解什么是超導電性。1911年荷蘭物理學家昂內斯等人發現當汞被冷卻至接近0K(-273℃)時,電子可以通行無“阻”,而將這個““零電阻狀態”稱為“超導電性”。超導體的出現,使傳輸過程中的能量損耗幾乎為零。目前絕大多數超導體僅在接近0K(-273℃)溫度下工作,維持低溫使超導體的應用成本顯著提升。如果材料能在室溫下實現超導,就能避開昂貴的冷卻費,徹底改變能量傳輸、醫療掃描儀和運輸等相關領域的現狀。但要找到室溫超導合適的材料卻不簡單。目前材料達到超導狀態的最高溫度約為133K(-140℃),這種材料就是在20世紀80年代發現的銅氧化物。30多年來銅氧化物一直是物理學家關注的焦點,但銅氧化物的結構往往難以調整,很難通過實驗發現其實現超導的機制。

曹原論文中最重要的發現是旋轉雙層石墨烯在接近魔角時,會經過一個轉變變成一個莫特絕緣體,而曹原以確鑿的證據,觀測到了這個絕緣相。此外經過進一步猜想,曹原課題組把少量制備得的莫特絕緣體加入銅氧化物,就會發生超導相變。由于石墨烯的結構比銅氧化物易控制得多,因此該項研究意義重大。因此曹原及其團隊的貢獻就是,在描述雙層石墨烯的電子密度與溫度關系時,發現了與銅氧化物超導體相似的結果。其次因僅用純碳基的石墨烯來實現超導相,也是人們期待的----因為石墨烯有各種奇特的性質,比如高電導率、透光率、機械強度、穩定性等等,都已不同程度地得到應用,唯獨超導性質遲遲未能實現。

下面要說量子色動化學使用的量子卡西米爾效應原理的類似公開的“基因組學”----卡西米爾效應,是指在真空中兩片平行的平坦金屬板之間的吸引壓力。這種壓力是由平板之間空間中的虛粒子的數目比正常數目減小造成的。它的特別之處是,“卡西米爾力”通常情況下只會導致物體間的“相互吸引”,而并非“相互排斥”。真空是空蕩蕩的,但據量子電動力學,實際上真空中到處充滿著稱作“0點能”的電磁能。

“0點能”中的“0”,指的是如果把宇宙溫度降至絕對零度(宇宙可能的最低能態),部分能量就可能保留下來。實際上這種能量是相當多的----麥克萊的計算,大小相當于一個質子的真空區所含的能量,可能與整個宇宙中所有物質所含的能量一樣多。平行板電容器在輻射場真空態中存在吸引力的現象稱為卡西米爾效應?紤]一個輻射的電磁場,根據波粒二象性,輻射場可以看作是光子氣,而光子氣可看作是電磁輻射場的簡諧振動。電磁場量子化后,可把輻射場哈密頓寫成二次量子化的形式?ㄎ髅谞柫υ诩{米系統中的另一個重要應用,是與原子-表面相互作用聯系在一起的。

在氫原子或分子和碳納米結構之間作用的卡西米爾力,在吸收現象中起決定性作用。碳納米管是一個包含幾層同心六邊形的石墨柱殼的納米系統,由于單壁碳納米管對氫貯存的潛在應用,原子和碳納米結構之間的卡西米爾力的研究變得非常緊迫。計算表明,氫原子和分子處于多壁碳納米管內部比外部更優先?ㄎ髅谞栃褪窃谡婵罩袃善叫械钠教菇饘侔逯g的吸引壓力,延伸為量子卡西米爾現象,由于研究“三旋/弦/圈理論”這三個層次,屬于是龐加萊猜的層展和呈展,在計算、應用、理解上的一種方便。它包含了既有環量子三旋理論,又有超弦/M理論,還有圈量子引力理論等所曾主要表達的數學和物理內容。由于三旋/弦/圈(SXQ)理論難以實驗檢驗,研究卡西米爾現象發現,環量子類似一個方板,球量子類似一個方塊,從三維來說,方板有一維是對稱破缺的。但正是這種破缺,使環量子和球量子的自旋如果存在輻射,那么在卡西米爾效應上是可以實驗檢驗。

這種類比模型不僅能擴展引力場方程及量子力學方程求解的思路,豐富正、負時空聯絡的幾何圖象,而且聯系卡西米爾效應中兩塊板之間零點能的量子漲落差異,還可能揭示宇宙物質的起源以及強力、弱力和電磁力等相互作用的秘密。因為如果把引力聯結的兩個星體比作卡西米爾效應中的兩塊板,再把引力場彎曲產生的凹陷圖象分別粘貼在兩塊板相對的一面,引力就類似蛀洞的一個洞口與另一個蛀洞的洞口相對這片區域的卡西米爾效應量子漲落產生的拉力強度。

原因是,雖然這種拉力強度遠小于星體物質自身的能量密度,但它們已表現出這片區域內的時空彎曲,相對要大于平板外側的時空彎曲,并是這種彎曲產生的拉力。因為按海森伯不確性原理,所謂真空實際上充滿著許多瞬時冒出又瞬時消逝的基本粒子,這些基本粒子中的一部分將通過時空彎曲的凹面進行傳播,結果這里的時空彎曲變成一種引力的耦合輻射。這里負能量與反物質的區別是,反物質擁有正的能量,例如當電子和它的反粒子正電子碰撞時,它們就湮滅,其最終產物是攜帶正能量的伽瑪射線。如果反物質是由負能量構成的,那么這樣一種相互作用將會產生其值為零的最終能量。但不管是哪種情況,最終這里的引力場時空彎曲輻射差異產生了拉力強度。由此時空彎曲不僅造成類似纖維叢的底流形與纖維的差別,而且也是產生引力和強力、弱力及電磁力等相互作用區別的根本因素。因此求解引力,主要還是應該從愛因斯坦廣義相對論的引力方程入手。

2019-02-20
評論對象: 神秘的電子
量子反;魻栃杰囄滠娚衩仉娮拥穆撓 (二)

  王德奎

在實際材料中實現以上任何一點都具有相當大的難度,而要同時滿足這三點對實驗物理學家來講更是巨大挑戰,正因為此,美國、德國、日本等科學家未取得最后成功。自2009年起,中國科學院院士薛其坤帶領由中科院物理研究所和清華大學物理系組成的實驗團隊向量子反;魻栃膶嶒瀸崿F發起沖擊。歷經四年努力生長和測量了1000多個樣品,利用分子束外延的方法生長出了高質量的Cr摻雜(Bi,Sb)2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,將其制備成輸運器件,并在極低溫環境下對其磁電阻和反;魻栃M行了精密測量。終于發現在一定的外加柵極電壓范圍內,此材料在零磁場中的反;魻栯娮柽_到了量子霍爾效應的特征值,世界難題得以攻克。

量子反;魻栃稍谖磥斫鉀Q摩爾定律的瓶頸問題,若應用到電子器件中,有望克服目前計算機發熱耗能等帶來的一系列問題,為半導體工業帶來又一次的革命,甚至使巨型銀河計算機變得像iPad般便攜。它的發現或將帶來下一次信息技術革命,我國科學家為國家爭奪了這場信息革命中的戰略制高點。在凝聚態物理領域,量子霍爾效應研究是一個非常重要的研究方向。量子反;魻栃煌诹孔踊魻栃,它不依賴與強磁場而由材料本身的自發磁化產生。在零磁場中就可以實現量子霍爾效應,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。量子反;魻栃,是一個基于全新物理原理的科學效應。

通過實驗在真實材料中發現量子反;魻栃,自1988年開始就不斷有理論物理學家提出各種方案,然而之前在實驗上沒有取得任何重要進展。因為反;魻栃牧孔踊枰牧系男再|同時滿足三項非?量痰臈l件:一是材料的能帶結構必須具有拓撲特性從而具有導電的一維邊緣態,即一維導電通道;二是材料必須具有長程鐵磁序從而存在反;魻栃;三是材料的體內必須為絕緣態從而對導電沒有任何貢獻,只有一維邊緣態參與導電。在實際的材料中實現以上任何一點都具有相當大的難度,而要同時滿足這三點對實驗物理學家來講更是一個巨大的挑戰。這要結合分子束外延生長、極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡、角分辨光電子能譜技術,在表面、界面、低維物理學領域做出了國際一流的工作。要抓住拓撲絕緣體這個新領域興起的契機,就要在國際上率先建立了拓撲絕緣體薄膜的生長動力學機制,利用分子束外延生長出國際最高質量的樣品!傲孔臃闯;魻栃边@項重大發現不僅是科學上的重要突破,研究成果應用方面也具有意義深遠的影響,它將會推動新一代的低能耗晶體管和電子學器件的發展,可能加速推進信息技術革命的進程。

中國科學家率先發現的量子反;魻栃,經受住了歷史的考驗,成果論文發表后,實驗結果已先后得到東京大學、麻省理工學院、斯坦福大學、普林斯頓大學等科學界同行的反復嚴格驗證。但量子霍爾效應研究:從二維邁向三維“你說這么薄算二維嗎?”以一張A4紙比較,這個厚度最起碼已經到幾十微米了,但真正的二維是幾個原子層厚,僅有幾納米,是紙張厚度的萬分之一。量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態物理領域最重要的科學發現之一,迄今已有4個諾貝爾獎與其直接相關。但100多年來,科學家們對量子霍爾效應的研究仍停留于二維體系,從未涉足三維領域。

復旦大學修發賢教授的課題組,在拓撲半金屬砷化鎘納米片中,觀測到了由外爾軌道形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據,邁出了從二維到三維的關鍵一步。相關研究成果2018年12月18日在線發表于國際著名的《自然》。然而三維量子霍爾效應真的存在嗎?早在130多年前,美國物理學家霍爾就發現,對通電的導體加上垂直于電流方向的磁場,電子的運動軌跡將發生偏轉,在導體的縱向方向產生電壓,這個電磁現象就是“霍爾效應”。

如果將電子限制在二維平面內,在強大的磁場作用下,電子的運動可以在導體邊緣做一維運動,變得“講規則”“守秩序”。但以往的實驗證明,量子霍爾效應只會在二維或者準二維體系中發生!氨热缯f這間屋子,除了上表面、下表面,中間還存在一個空間!痹凇疤旎ò濉被蛘摺暗孛妗鄙,電子可以沿著“邊界線”有條不紊地做著規則運動,一列朝前,一列向后,像是兩列在各自軌道上疾馳的列車。那么,在立體空間三維體系中存在量子霍爾效應嗎?如果有,電子的運動機制是什么?2014年在拓撲半金屬領域,選擇材料體系非常好的砷化鎘“試著研究”,從大塊的體材料,到大片的薄膜,再到納米類結構和納米單晶,在砷化鎘納米片中看到的現象非常震驚----三維體系里邊出現量子霍爾效應----2016年10月修發賢及其團隊,第一次用高質量的三維砷化鎘納米片觀測到量子霍爾效應。隨后,在樣品制備過程中借鑒修發賢團隊前期已發表的經驗,日本和美國也有科學家在同樣的體系中觀測到了這一效應。但遺憾的是,基于當時的實驗結果,實際的電子運動機制并不明確。

一種可能的方式是從上表面到下表面的體態穿越,電子做了垂直運動;另一種可能是電子在上下兩個表面,即在兩個二維體系中,分別獨立形成了量子霍爾效應。但是,面對千分之一根頭發絲粗細的實驗材料和快如閃電的電子運動速度,這實驗該怎么做?把“房子”放歪----這個發現來源于外爾軌道的運動機制----實驗材料雖小,從日常生活聯系想辦法,利用楔形樣品,實現可控的厚度變化----屋頂被傾斜了,房子內部上下表面的距離就會發生變化,就類似一個“橫倒的梯形”。通過測量量子霍爾平臺出現的磁場,可以用公式推算出量子霍爾臺階。實驗發現,電子在其中的運動軌道能量,直接受到樣品厚度的影響。這說明隨著樣品厚度的變化,電子的運動時間也在變。

所以,電子在做與樣品厚度相關的縱向運動,其隧穿行為被證明,電子在上表面走四分之一圈,穿越到下表面,完成另外一個四分之一圈后,再穿越回上表面,形成半個閉環,這個隧穿行為是無耗散的,所以可以保證電子在整個回旋運動中仍然是量子化的。整個軌道就是三維的“外爾軌道”,是砷化鎘納米結構中量子霍爾效應的來源,至此三維量子霍爾效應的奧秘終于被揭開了。但這個成果的誕生,在砷化鎘的研究方面才剛剛開始----第一次提出新的機制,得到認可,但還有可以深挖的,還有更具體的東西得繼續做細做好----三維量子霍爾效應由復旦大學物理學系修發賢課題組,在拓撲半金屬砷化鎘納米片中首次觀測到,由三維“外爾軌道”形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據,邁出了從量子霍爾效應從二維到三維的關鍵一步。

三維量子霍爾效應發現的意義,從基于三維拓撲半金屬材料Cd3As2,發現一種新型的量子霍爾效應,提出了三維量子霍爾效應的來源于三維“外爾軌道”的觀點。利用楔形Cd3As2納米片,發現樣品厚度對量子霍爾輸運產生極大的調制。朗道能級與磁場強度以及方向,以及樣品厚度的依賴關系,與理論預測符合。在應用方面這個材料體系具有非常高的遷移率,電子的傳輸和響應很快,可以在紅外探測、電子自旋方面做一些原型器件。其次是在凝聚態物理領域重要的科學進展---在超導現象之海,就有幾朵浪花。

第一朵浪花,是金屬低溫超導現象引出了BCS理論,知道了兩個自旋相反的電子,可以通過“微信”傳情,結成對子,名曰庫伯對。這個微信平臺,是由金屬正離子晶格骨架構成的。兩個“男女有別”的電子,通過撞擊骨架發出的乒乒乓乓聲來互訴衷腸和互送能量,從而失去了獨自自由地去遠方的詩情。

第二朵浪花,是銅氧化物高溫超導現象引出了高速公路理論,知道了高速公路的運力和最佳車輛密度有關。銅離子的 5個 d 軌道本來是可以半充滿的,但是被周圍的氧離子擠壓得不圓不球之后,只剩下3個能級比較低的可以入住電子的 d 軌道,另外2個 d 軌道的能級太高,電子進不去。結果這些低能級軌道全住滿了電子,就像高速公路上劃定的非優惠車道上全住滿了車子一樣,堵塞得大家都動彈不得,結果成了反鐵磁的莫特絕緣體。

如果繼續注入電子,它們就沒法再去低能級處占位了,也只好往高能級的那些空軌道上去了,就像高速公路上的雙人車優惠車道上進入了少數車輛一樣,結果運力又上去了。曹原的超導研究工作,就是用石墨烯代替氧化銅,讓兩層石墨烯沿著法向軸相對旋轉一度以形成軸向絕緣體,用電場注入載流子代替摻雜配方注入載流子,結果再次證明了高速公路的運力與最佳車輛密度有關。

第三朵浪花,是超導材料受到高壓壓縮作用下超導相變溫度會有提高的效應。由此可以大膽地猜測,地磁場是由地核中的超導電流提供的,地核中的液態鐵受到的超級壓縮作用,能使得超導相變溫度提高到上千度。

這三朵浪花不是孤立無關,超導這種聯系的共同基礎是,超導相變發生在費米電子的振蕩頻率小于晶格振子的振蕩頻率之時,如果把高頻率的振子比作墻壁,低頻率的振子比作乒乓球,那么超導相變也就是發生在費米電子由墻壁轉變成了乒乓球的時候。一個乒乓球在兩塊木板之間可以借助反復彈跳運動,一路走到很遠的地方,這就是超導態。但是一塊木板要一路撞開乒乓球才能一路走下去,能量必定會被耗散掉,這就是非超導態。對于液態的地核物質鐵來說,它受到的壓縮作用是如此的巨大,所以它的晶格振子的頻率就天然的夠高的了,只需要降低一下費米電子的振蕩頻率就成了。
2019-02-20
評論對象: 神秘的電子
量子反;魻栃杰囄滠娚衩仉娮拥穆撓(一)

  王德奎

2019年1月8日,國家2018年度科技獎揭曉,薛其坤院士帶領由中科院物理研究所和清華大學物理系組成的實驗團隊,因成功在實驗上發現量子反;魻栃,獲得2018年度國家自然科學一等獎。中國人從崔琦、張首晟、薛其坤、修發賢到曹原等科學家,從一維、二維向三維量子霍爾效應、量子反;魻栃、量子超導立體效應等取得的科研成果,用量子卡西米爾效應原理來統一解釋,更容易理解。

什么量子反;魻栃,從普通人的切身體驗說起,手機或電腦用上一段時間就會發熱,用不到一天就得充電,越用越卡……這個問題的本質在于電子運動會消耗能量。這不僅是制造算力要求高的電子器件的限制,也是科學界長期關注的難題。要讓電子運動絕對無能耗,就必須將其雜亂無章的運動變成“高速公路”一樣的有序運動。對電子運動制定規則的“量子霍爾效應”,成為解決這個問題的希望。但由于實現“量子霍爾效應”需要龐大的外加磁場,成本高昂,因此無磁場的“量子反;魻栃背蔀榭茖W家的夢想。研究量子反;魻栃强茖W發展中自然的選擇,也是學術發展的趨勢。

這就要基于在拓撲物態領域積累的經驗,尋找“量子反;魻栃钡恼魍。在理論上,實現“量子反;魻栃彼璨牧系臈l件非?量。所以近幾年“火”起來的拓撲絕緣體能提供了思路----2009年有科學家從理論上預言了,碲化鉍(Bi2Te3)能夠實現“量子反霍爾效應”。隨后從理論上提出Cr或Fe磁性離子摻雜的碲化鉍等拓撲絕緣體薄膜,是實現量子反;魻栃淖罴洋w系,預言在磁性摻雜的拓撲絕緣體材料中可真正觀察到“量子反;魻栃;谏鲜鲱A言,對量子反;魻栃膶嶒為_始“大浪淘沙”的攻關,主要開展了分子束外延生長及高質量薄膜制備的實驗,制造生長測量了超過1000個樣品,隨后一步一步對拓撲絕緣體的電子結構、長程鐵磁序以及能帶拓撲結構的精密調控,利用分子束外延方法生長出了高質量的Cr摻雜碲化鉍拓撲絕緣體磁性薄膜,并在極低溫輸運測量裝置上成功地觀測到了“量子反;魻栃。其中完成的對這一實驗現象的極低溫電輸運測量,獲得了量子反;魻栃年P鍵實驗證據。

上述的該實驗室,2006年成立,掌握著國際領先的極低溫輸運測量技術。其創始人崔琦就曾因發現分數量子霍爾效應,獲得了1998年的諾貝爾物理獎----以崔琦先生名字命名的實驗室,能夠參與到量子反;魻栃膶嶒灠l現這一工作中來,是拓撲量子物態研究方面中國人的智慧傳承----對不同溫度下反應結果的觀測,這看起來是一個小目標,但每提高或降低一度都可能意味著重大的新發現。如果無論升高或降低溫度都無法解決問題,可能就需要重新分析并開展其他實驗。對科學保持著的這種持久的熱忱與動力,目前已將量子反;魻栃挠^測溫度從30mk提升到1K,實現了30倍的增長。量子反;魻栃梢杂糜诎l展新一代低能耗晶體管和電子學器件,克服芯片發熱和能量損耗問題,加速信息技術革命進程,但距離產業化應用還有很長的一段路要走。

量子反;魻栃,它“神奇”又“美妙”。因為它的發現可能帶來下一次信息技術革命。采用這種技術設計集成電路和元器件,千億次的超級計算機有望做成平板電腦那么大,智能手機的內存可能會提高上千倍!那么什么是量子霍爾效應?它是電子運動的“交通規則”----在普通導體中,電子的運動軌跡雜亂無章,不斷發生碰撞。當在導體兩端加上電極之后,電子就會形成橫向漂移的穩定電流。而電流在傳輸中會存在能量損耗的現象。如果在垂直于電流方向加上外磁場,材料里的電子由于磁場的作用力,會在導體一邊形成積累電荷,最終會達到平衡形成穩定的霍爾電壓。當外場足夠強,溫度足夠低時,導體中間的電子會在原地打轉,會在邊界上形成不易被外界干擾的半圓形導電通道,即量子霍爾效應。量子霍爾效應可以讓電子在各自的跑道上“一往無前”地運動,降低能量損耗。

量子霍爾效應在凝聚態物理的研究中,占據著極其重要的地位,它就像一個富礦,一代又一代科學家為之著迷和獻身,整數量子霍爾效應、分數量子霍爾效應、半整數量子霍爾效應相繼獲得諾貝爾獎。但是在量子霍爾效應家族,最神秘成員是“量子反;魻栃----不需要外加磁場的量子霍爾效應,遲遲沒有被人發現。長時間使用計算機時,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題,這是因為常態下芯片中的電子運動沒有特定的軌道,它們相互碰撞從而發生能量損耗。量子霍爾效應的發現,為我們突破摩爾定律和集成電路的發展提供了一個全新的原理。這是物理學基本研究為未來工業界發展提供的嶄新道路。但它的產生需要非常強的磁場,相當于外加10個計算機大的磁鐵,這樣體積龐大且價格昂貴,顯然不適合個人電腦和便攜式計算機。而量子反;魻栃拿烂钪,是不需要任何外加磁場,即可實現電子的有序運動,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。2010年左右,包括中國華人物理學家張首晟教授在內的科學家,在理論上預言了一種叫做拓撲絕緣體的新的材料。

拓撲絕緣體就是內部絕緣、表面導電的拓撲材料,這些表面導電通道不受表面形貌、非磁雜質等的影響,所以是很好的一維導體。如果在其中摻入磁性原子形成長程鐵磁序,這樣無需外加磁場,就能形成穩定的基本沒有耗散的量子反;魻栃。如何用實驗來證明上述理論呢?用實驗驗證量子反;魻栃年P鍵是制備出一種像石墨烯那樣,一層一層平整的納米材料。量子反;魻栃獙Σ牧闲再|的要求非?量,如同要求一個人同時具有短跑運動員速度、籃球運動員高度和體操運動員靈巧:材料能帶結構必須具有拓撲特性從而具有導電的一維邊緣態;材料必須具有長程鐵磁序從而存在反;魻栃;材料體內必須為絕緣態從而只有一維邊緣態參與導電。
2019-02-20
評論員簡介

智能經濟模式創始人,一生只為揭示人類科學社會為己任!
 

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創建: 2016/12/19 10:09:31
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