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。