霍尔效应实验分层次内容体系的构建

以霍尔效应实验为例,结合科技前沿研究热点,探讨了基于石墨烯霍尔效应的四级分层次教学内容构建.霍尔效应基础内容包括石墨烯霍尔器件的灵敏度和伏安特性的测量;提升内容为石墨烯霍尔器件转移曲线的测量,载流子浓度和迁移率的计算;进阶内容包括石墨烯霍尔器件的制作,石墨烯霍尔器件的自主应用;高阶内容涵盖石墨烯量子霍尔效应的测量和石墨烯霍尔效应的仿真计算.构建霍尔效应实验四级内容体系,可以更好地培养学生在基础知识、实验能力、科学素养和核心价值等方面的综合能力.     

磁子霍尔效应

霍尔效应是凝聚态领域中古老却又极具潜力的研究领域,其起源可以追溯到数百年前. 1879年,霍尔发现将载流导体置于磁场中时,磁场带来的洛伦兹力将使得电子在导体的一侧积累,这一新奇的物理现象被命名为霍尔效应.之后,一系列新的霍尔效应被发现,包括反常霍尔效应、量子霍尔效应、自旋霍尔效应、拓扑霍尔效应和平面霍尔效应等.值得注意的是,霍尔效应能够实现不同方向的粒子流之间的相互转化,因此在信息传输过程中扮演着重要的角色.在玻色子体系(如磁子)中,相应的一系列磁子霍尔效应也被发现,他们共同推动了以磁子为基础的自旋电子学的发展.本文回顾了近年来在磁子体系中的霍尔效应,简述其现代半经典的处理方法,包括虚拟电磁场理论和散射理论等.并进一步介绍了磁子霍尔效应的物理起源,概述了不同类型磁子的霍尔效应.最后,对磁子霍尔效应的发展趋势进行了展望.     

薛其坤等《科学》发文,首次在实验上发现量子反常霍尔效应或将推动信息技术进步

由清华大学薛其坤院士领衔,清华大学、中科院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应,在美国物理学家霍尔于1880年发现反常霍尔效应133年后终于实现了反常霍尔效应的量子化.这是我国     

量子反常霍尔效应研究进展

在没有外加磁场的作用下就能表现出量子化霍尔电导的量子反常霍尔效应已经成为霍尔家族中的重要一员, 其物理起源是体能带反转结构和铁磁性相互作用. 量子反常霍尔效应最重要的表现是在边缘态处具有无耗散运动的手性电流, 这种性质拥有可以改变未来量子电子学的潜力, 极大推动器件小型化、 低损耗、 高速率发展. 近年来,基于理论指导, 人们在实验上已多次观察到量子反常霍尔效应. 在本文中, 从实验层面上重点回顾了量子反常霍尔效应在铬(Cr) 、钒(V) 掺杂的(Bi,Sb)2Te3 体系的研究进展, 以及目前量子反常霍尔效应在其它体系中的研究现状, 深入理解量子反常霍尔效应的起源和机理, 最后对量子反常霍尔效应进行总结和展望     

磁性拓扑绝缘体中的量子化反常霍尔效应——无需外磁场的量子化霍尔效应

文章从平常霍尔效应出发,介绍了反常霍尔效应及其内秉物理机制,并在此基础上介绍了其量子化版本——量子化反常霍尔效应.然后从拓扑有序态的角度,重点讨论了量子化反常霍尔效应与量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、拓扑绝缘体等之间的区别与内在联系.最后介绍了通过在拓扑绝缘体(Bi2Se3,Bi2Te3和Sb2Te3)薄膜中掺杂过渡金属元素(Cr或Fe)实现量子化反常霍尔效应的方法.     

光自旋霍尔效应的研究性实验教学

光自旋霍尔效应是由于光子的自旋-轨道相互作用导致自旋相反的光子相互分离的光学效应,极大地丰富了光学研究内涵,成为现代光学的研究前沿和热点.由于光自旋霍尔效应实验与由偏振片、望远镜、显微镜等器件组装的实验相通,因此可以把光自旋霍尔效应的研究成果进行整理,设计制作出适合于本科实验教学的仪器.本文对光自旋霍尔效应的研究进展进行了综述,并介绍了利用所开发的光自旋霍尔效应实验仪可开展的实验类型和进行研究性教学的情况.     

HYS-1型霍尔效应应用技术综合实验仪

设计了集霍尔效应实验和霍尔效应应用实验于一体的集成数字式多功能实验仪.使用该仪器可做直流电压隔离传送实验、直流电流隔离检测实验、直流电流越限隔离报警实验和霍尔效应实验.     

基于大学物理实验中霍尔元件的保护及探讨

结合大学物理实验教学中霍尔效应的讲解,阐述了霍尔效应的原理,提出了霍尔效应实验的一些改进方法,重点研究了霍尔元件的保护及对霍尔元件的应用进行了探讨.     

光子自旋霍尔效应及其在物性参数测量中的应用

光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时,自旋角动量相反的光子在垂直于入射 面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比：自旋光 子扮演自旋电子的角色,折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互 作用,和两类几何相位有关：一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry 相位;另 一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry 相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感, 结合量子弱测量技术,在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析 光子自旋霍尔效应的物理根源,回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展,介绍 光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后,展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成 像等领域的可能发展方向。     

二维莫尔超晶格中的非线性霍尔效应

1879年发现的霍尔效应是凝聚态物理学中最古老也是最重要的领域之一.最近发现的非线性霍尔效应是霍尔效应家族的新成员.与大部分需要打破时间反演对称的霍尔效应不同,非线性霍尔效应存在于少数空间反演破缺但仍具有时间反演对称的系统中,并且因其高频特性和不需额外施加磁场而在诸多领域具有令人期待的应用前景.然而,除空间反演破缺以外,非线性霍尔效应对材料对称性的要求十分苛刻,只在极少数材料中观测到了由贝里曲率偶极矩产生的非线性霍尔效应.近年来快速发展的范德瓦耳斯堆叠技术为剪裁和调控晶体的对称性,制备具有特殊物理性质的人工二维莫尔晶体提供了一个崭新的途径.本文主要围绕二维莫尔超晶格结构在实现非线性霍尔效应方面的特性,介绍了近年来理论和实验上石墨烯超晶格以及过渡金属硫族化合物超晶格中非线性霍尔效应的研究进展,并展望了未来基于二维莫尔超晶格材料的非线性霍尔效应的研究方向和应用前景.     

DH4512型霍尔效应实验仪的参数标定

针对实验教学中存在的问题,在给定霍尔灵敏度的情况下,标定了霍尔电流(Ιs)和励磁电流(IM),并测量了不同情况下的磁场误差。研究表明:磁场稳定位置x=0 mm左右且KH=169 m V/m A时,其Is和IM选取1 m A和100 m A时,误差最小,较为准确,该结论可用于大学物理实验教学。     

拓扑声子与声子霍尔效应

拓扑学与物理的结合是近几十年物理学蓬勃发展的一个新领域,它不仅活跃在量子场理论以及高能物理中,更广泛地存在于凝聚态物理体系中,包括量子(反常、自旋)霍尔效应和拓扑绝缘体(超导体)等.声子是凝聚态体系中热输运的主要载体;最近由于各种声子器件的发现,声子学得到了广泛的关注.本文介绍了声子的拓扑性质以及声子的霍尔效应现象,分别评述了在破坏时间反演对称、破坏空间反演对称、以及同时破坏时间和空间反演对称三种情况下所产生的声子霍尔效应、声子谷霍尔效应等相关物理研究进展.最后对拓扑学在其他声学体系中的应用做了简单介绍,并进一步讨论了其未来的发展方向.     

音乐厅音质设计进展述评

本文对近年来音乐厅音质设计中若干问题的进展作一述评。（1）在已建立的众多独立音质参量基础上，如何作出大厅综合评价，就需要考虑到它们的互动性和贡献权，方法学将成为关键。（2）空间感已确认由声源视在展宽度ASW和听者环绕感LEV组成，对于影响两者的诸多复杂因素有了较深入研究，这声场中的细节又将如何与大厅设计相联系亦备受关注。（3）听众及座椅吸声这个老问题有了新的研究成果，对于空、满场的声学关系已积累了更多资料，使大厅音质的估算更为精确可靠。（4）常说扩散对大厅音质很重要，但其主观效应仍然处于玄虚状态，一些新的主观试听实验结果还不足以说明问题。     

Evaluation of stage acoustics in Seoul Arts Center Concert Hall by measuring stage support

Stage acoustics is an important characteristic for concert halls, both for the acoustic quality on stage and for the audience. However, relatively little research has been conducted into the question. This study was based on the investigation of an actual concert hall stage, that of the Seoul Arts Center Concert Hall in Korea. The stage acoustics was evaluated in the actual hall, and with two models: a 1:25 scale model and a computer model. The study was based on the stage support parameter ST1 proposed by Gade as a measure of support for individual performers [Acustica 65, 193-203 (1989)]. The variation of support was measured on the empty stage of the actual hall and in the two models. The effect of musicians on stage, the effect of moving the orchestra, the effect of ceiling height and of stage-wall profile were also investigated. Conclusions are drawn both relating to the Seoul Concert Hall stage and stages in general.     

Influence of absorption properties of materials on the accuracy of simulated acoustical measures in 1:10 scale model test

This study investigated the absorption characteristics of materials in a multi-purpose hall using computer models, 1:10 scale model and actual hall measurements of Gimhae Arts Hall (GAH), in order to predict and evaluate the acoustical characteristics. The elements of this scale model, such as reflecting walls, seats, audience, and absorption banners, were made with materials selected according to their absorption coefficients, measured in a 1:10 scale model reverberation chamber. After the real hall was completed, in situ acoustical measurements were conducted in the GAH and compared with those of the scale model hall. Comparison of these measurements showed that the delay time of the major reflections in the scale model hall was similar to that of the real hall. However, the reverberation time especially at low frequencies showed a difference between the scale model hall and the real hall measurements. The results of computer simulations for both scale model and actual hall showed that the absorption of seats and audience, the structural detail of the reflecting walls with different thickness and air spaces, and the duct facilities in the open-type ceiling are the major differences. It was confirmed that there are more complicated absorption characteristics in the scale model design of a multi-purpose hall than a concert hall.     

关于音乐厅响度评价的研究

该文回顾并综述了对音乐厅(包括西洋交响乐厅及中国民族音乐厅)响度评价的研究历程,指出采用乐队齐奏强音标志乐段的平均声压级L_pF作为评价音乐厅响度客观指标的合理性与可行性。文中给出L_pF的计算方法以及对若干厅堂计算值与实测值的比较,并通过主观评价,给出L_pF的初步优选值域。采用L_pF作为响度评价指标的好处不仅在于它能表征听众听到的绝对响度的感受,还在于能预判何种规模的乐队适于在多大规模的音乐厅中演出,以便达到较佳响度效果的问题。     

Sound strength and reverberation time in small concert halls

Sound strength and reverberation time measurements have been carried out in six small concert halls in Cambridge, UK. The sound strength G is a measure of the physical sound level in a concert hall and is closely related to the subjective sensation of loudness. It compares integrated impulse responses at a point in the measured room with that measured at ten metres distance in the free field.The aim of the measurements is to investigate the acoustic characteristics of the halls concerning sound strength and reverberation time. Furthermore the effect of the variable acoustics in the halls on these parameters is discussed in this paper. Especially for bigger ensembles it is often desirable to reduce the sound level in a small concert hall. The measurement results show that for a fixed hall volume, this can primarily be achieved by decreasing the reverberation time in the hall. However, with regard to the sound quality of a hall and the recommended reverberation times for chamber music, reverberation time cannot be reduced by an arbitrary extent. Therefore reverberation time and strength have to be balanced very carefully in order to obtain sufficient reverberation whilst at the same time avoiding excessive loudness. Finally the measured strength levels are compared to values derived from traditional and revised theory [Barron M, Lee L-J. Energy relations in concert auditoriums. J Acoust Soc Am 1988;84(2):618-28] on strength calculations in order to assess the accuracy of the theory for small chamber music halls. Possible reasons for the low measured strength levels observed are discussed with reference to related design features and objective acoustic parameters.     

磁悬浮演示实验仪

应用电磁学理论、机械力学以及电子技术自制了一套磁悬浮演示实验仪.该演示实验仪利用线性霍尔传感器来探测悬浮物体的位移,以达到控制悬浮的目的,添加数码管电压显示电路,定量显示电磁铁的磁性在悬浮过程中随悬浮物位置变化的自动调整,能精确而直观地演示磁悬浮的物理现象.该仪器结构简单、性能稳定、操作方便,能广泛用于课堂演示、课程设...     

密闭实验大厅内散射中子注量的模拟研究

为能够快速评判实验测试方案和预估实验结果,建立了中子体通量的快速估算模型。理论上,封闭空间中子平均体通量与特征长度的平方成反比,且中子体通量的大小能反映散射中子注量强弱。采用蒙特卡罗模拟方法,计算得到了密闭实验大厅内中子的体通量,以及不同位置处的散射中子注量,并将模拟得到的体通量和散射中子注量拟合成便于工程实践中应用的解析表达式,拟合结果与模拟结果的相对偏差小于10%。研究结果表明,球形空间内中子的体通量与球半径的1.905次方成反比;密闭实验大厅的中子体通量与大厅横截面宽度的1.948次方成反比,与长宽比的0.775次方成反比;球形空间结构内,每个源中子的平均径迹长度约为半径的5.4倍,而长方体密闭实验大厅内,单个源中子的平均径迹长度为大厅特征尺度的2~3倍。     

Ein Demonstrationsversuch zur Hyperfeinaufspaltung von Atomen

An Experiment to Demonstrate the Hyperfine Splitting of Atoms in a Lecture Hall The detection of laser induced fluorescence from a thermal atomic beam allows in a simple way for the observation of the hyperfine splitting of ground and excited Na-atoms. A suitable experimental setup is able to show in a lecture hall not only the atomic beam itself but also the consequences of electron and nuclear spin. The laser light used is transmitted from the laser in the laboratory into the lecture hall by a fiber glass cable. The experiment is able to show also the effects of optical pumping and, if additionally an external magnetic field is applied to the observation region, the Zeeman effect.