继续讲故事:自旋之六


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送交者: james_hussein_bond 于 2010-02-20, 15:26:14:

又是一个感恩节。曹卫东又来到了吉米家。这一次,他叫淑君吉米姐姐姐夫。他和淑婷定了寒假结婚,所以先在这里改了称呼。淑君抱着几个月大的儿子,问曹卫东,"你们怎么这么快?说,在日本是不是干什么坏事了?"曹卫东尴尬得说不出话来。吉米笑道,"男欢女悦怎么能说是坏事呢。"淑君说,"我妹妹肯定是上你的当了。"吉米说,"讲讲过程吧。不讲今天没有饭吃。"曹卫东无法,只好讲了经过。

暑假在上海,曹卫东自己感觉没得到什么进展,非常不甘心。他不知道李大力只是被淑婷用来当挡箭牌的,以为这个竞争对手很有威胁。回来后,赶紧和淑婷用伊妹联系,两个人来来回回用伊妹反而聊得很畅快。。他十月份要到日本去开一个国际会议。于是发了一个伊妹给淑婷,问她想不想去北海道温泉旅游。如果她愿意,曹卫东包下所有吃住的费用,反正公家给报销,她只需要买张机票就行了。淑婷最喜欢旅游了,又从没去过日本,所以很爽快地答应了。曹卫东早一天到了日本。等第二天曹卫东到机场去接淑婷的时候,在出租车上才对她说,只订了一个旅馆房间。他对淑婷说,如果她愿意,两个人合住一个房间,如果不愿意,就再开一个房间,由曹卫东付钱。然后他加了一句,一个房间是可以报销的,第二个房间就要自己掏腰包了。淑婷想了一下,问,"你是要省钱,还是要我高兴?"曹卫东说,"当然是要你高兴。"淑婷说,"好,你把信用卡给我,我去再订一个房间。"曹卫东乖乖地交出了信用卡。下车后,曹卫东提着淑婷的行李,看着淑婷走进了旅馆旁边的一家小店。曹卫东叫了一声,"不是那儿。"见淑婷不理,只好跟了进去。他满腹疑惑地看着淑婷走到卖首饰的柜台前,挑了一个式样很普通的戒指,拿出信用卡,然后对曹卫东说,"你来付帐啦。"曹卫东付了钱,淑婷说,"要不要给我戴上?"曹卫东大喜,说,"这是我们的订婚戒指。不用问就知道你的答案是愿意。"说完给淑婷戴上。淑婷说,"我的房钱已经花掉了,只好省省跟你挤一个房间了。"And the rest is history。

淑君听了,说,"你们好浪漫啊。吉米,咱们什么时候也去日本旅游吧?"吉米说,"好啊,等孩子大点带孩子一块儿去。"然后和曹卫东商量一起回国参加婚礼的事。晚饭前,淑君把孩子抱到楼上放在小床里哄着了,然后下来说,"现在咱们可以消消停停说话了。"

吉米问,"最近在做些什么好题目啊?"曹卫东说,"我在研究自旋霍尔效应是怎么回事。"吉米问,"这和自旋电子学有关系吗?"曹卫东说,"也许有吧。"吉米说,"能不能给我们解释解释是什么东西?"曹卫东笑了起来,"这东西还没到进教科书的程度呢,我解释的也可能不对。"吉米说,"我又不拿你教的东西去考学位,你怕什么。随便讲讲嘛。"曹卫东说,"好吧。这自旋霍尔效应其实是个相对论效应。"吉米吸了一口气说,"喔啊,我喜欢这个。"淑君白了他一眼,说,"安静些,听他讲。"曹卫东说,"电子是有自旋的,相应的也有一个磁矩。这个磁矩就会和外界磁场有相互作用。而电子围绕着原子核转动,因为它是带电的,就相当于有一个小线圈绕在原子核外面。这个小线圈就会产生一个磁场。电子自旋和这个磁场的相互作用就叫做自旋轨道藕合。"吉米问,"这个自旋轨道藕合听起来很经典的样子,哪里有相对论呢?"曹卫东说,"第一,磁场大小取决于电子速度和光速的比值。如果光速无限大就没有磁场了。第二,用经典理论算出来的自旋轨道藕合比实际上要大一倍。正确的解要从相对论量子力学的狄拉克方程里解出来。非相对论的薛定鄂方程里解不出自旋轨道藕合,除非你另外做假设硬加进去。"吉米问,"自旋轨道藕合和自旋霍尔效应有什么关系?"曹卫东说,"因为自旋轨道藕合,电子在外加电场下加速的时候,会产生一个内秉磁场,这个磁场会让电子拐弯,就象霍尔效应一样。"淑君说,"怎么听起来给人感觉象是那种揪着自己的头发就能把自己提起来的问题。"曹卫东说,"不是。有一个外加电场呢。"淑君说,"比如你的外加电场是冲南。你说电子应该往南加速呢,还是往西加速?如果往西加速,不违反动量守恒吗?"曹卫东说,"电子一半自旋向上,一半向下,它们的横向加速度相反,合起来的总加速度为零。所以不违反动量守恒。虽然没有横向电流,但是因为两个自旋方向相反的电流方向相反,有一个横向自旋流。所以叫自旋霍尔效应。"淑君仍然不相信,问,"那如果电子只有一种自旋呢?能不能只有一种自旋?"曹卫东说,"嗯,这是一个好问题。这样就需要电子和晶格散射来产生一个横向动量。也就是说,没有晶格散射,就不应该有自旋霍尔效应。哎哟,肖教授的理论有大问题啊。不对,不对,不应该这么简单。我一定是什么地方搞错了。对不起,哪儿有纸和笔?"吉米递过来一些稿纸和一枝笔,曹卫东演算起来,完全忽视了吉米和淑君。

曹卫东来回推导了三遍,怎么也找不出错来。最后还是吉米硬把他拉过来吃饭。这个问题困扰了曹卫东好长时间,直到婚礼的时候才暂时把它放下。婚礼之后,曹卫东和淑婷短期两地分居。曹卫东回到西北大学教课,而淑婷从辉瑞内部请求调动工作到芝加哥来。辉瑞对自己的中层管理人员很爱护,积极帮她解决这个问题。曹卫东教课之余还在苦苦思考自旋霍尔效应的问题。这时候,肖教授的文章在《科学》杂志上发表了,题目是"无耗散的自旋霍尔效应",在物理学界引起了巨大的轰动。




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