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如何利用量子霍尔效应和约瑟夫森效应推导出基本电荷的数值?

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约瑟夫森效应 - 维基百科,自由的百科全书 帮助 帮助 约瑟夫森效应 在约瑟夫森的预测之前,人们仅知道非超导状态的电子可以借由量子隧穿效应流过绝缘层。约瑟夫森首次预测了超导状态下库柏对的隧穿现象,也因此获得了1973年诺贝尔物理学奖[5]。约瑟夫森结在量子线路当中有许多重要的应用,例如超导量子干涉仪(SQUIDs)、超导量子计算(英语:Superconducting quantum computing)以及快速单磁通量子(英语:Rapid single flux quantum)(RSFQ)数字电子设备等。美国国家标准技术研究所对于1伏特的标准是由19,000个串连的约瑟夫森结阵列(英语:Josephson voltage standard)所达成的[6]。 约瑟夫森结有许多种类,例如pi型约瑟夫森结(英语:pi Josephson junction)、varphi型约瑟夫森结(英语:varphi Josephson junction)、长型约瑟夫森结(英语:long Josephson junction)以及超导隧穿接面(英语:Superconducting tunnel junction)等。达依坶桥是一种约瑟夫森结的薄膜变体,其弱连结由数微米尺度的超导导线所组成[7][8]。一个装置的复杂度可用其约瑟夫森结数(英语:Josephson junction count)作为基准衡量。约瑟夫森效应有广泛的应用,例如: ^ Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunnelling. Physics Letters. doi:10.1016/0031-9163(62)91369-0. ^ Josephson, B. D. The discovery of tunnelling supercurrents. ^ Josephson, Brian D. The Discovery of Tunneling Supercurrents (Nobel Lecture) (PDF). (原始内容 (PDF)存档于2017-08-09). ^ Anderson, P W; Rowell, J M. Probable Observation of the Josephson Tunnel Effect. Rev. Letters. Bibcode:1963PhRvL..10..230A. Physical Review Letters. ^ Practical realization of units for electrical quantities (SI brochure, Appendix 2). Observation of Combined Josephson and Charging Effects in Small Tunnel Junction Circuits. Physical Review Letters. Bibcode:1989PhRvL..63.1307F. Josephson. The discovery of tunnelling supercurrents. 约瑟夫森效应

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Moonshot回答

量子霍尔效应和约瑟夫森效应都是量子力学现象,可以用来推导出基本电荷的数值。

量子霍尔效应是在低温强磁场条件下观察到的霍尔电阻的量子化现象。德国物理学家冯·克利青因发现整数量子霍尔效应而荣获1985年度诺贝尔物理学奖。分数量子霍尔效应的发现更是开创了一个研究多体现象的新时代。在量子霍尔效应中,霍尔电阻与磁场不再呈现线性关系,而出现量子化平台。通过测量霍尔电阻的量子化平台,可以非常精确地确定基本电荷的数值。

约瑟夫森效应是指在超导体间的薄绝缘层(约1纳米厚)中发生的量子力学隧道效应。1962年,英国剑桥大学研究生B. D. 约瑟夫森从理论上预言了超导状态下库柏对的隧穿现象,因此获得了1973年诺贝尔物理学奖。约瑟夫森结在量子线路中有重要应用,例如超导量子干涉仪(SQUIDs)、超导量子计算等。美国国家标准技术研究所对于1伏特的标准是由19,000个串连的约瑟夫森结阵列所达成的。通过测量约瑟夫森结的电压和频率,可以推导出基本电荷的数值。

通过这两种效应的精确测量,科学家们能够以极高的精度确定基本电荷的数值,为物理学和计量学提供了重要的基础数据。

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