量子效應能吸引你整夜泡在實驗室

我不想讓你覺得，我在大學里把所有的時間都花在學習上了，那樣的話可太浪費生命了。我當了一年的學院文娛委員，入選了學院第二代表隊，而且還開懷暢飲過很多啤酒，雖然現在回想起來，那些啤酒只能算料酒級別的。我甚至還說服了學生會購買一個鏡面球。在最近的一次同學聚會上，我很高興地看到它還在我原來學院的酒吧里閃閃發光。雖然這個學科可能看起來不是很酷，但是我非常喜歡，而且我最快樂的一些日子都是在圖書館里度過的，或是在課堂上仔細聆聽圖書館所藏教科書的作者們所說的每一個字。到我參加期末考試的時候，我確信我的未來就是研究物理學，那么在哪兒攻讀一個物理學的博士學位又會比在卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）更好呢？

我申請就讀的博士課程當時是無比出色的；事實上，在1988年，那是世界上最出色的博士項目之一。邁克·佩珀教授十年前創立了半導體物理小組，當時已經發展成為世界上同類機構中最大的一個，招收了一百多個研究生。在這里有一個叫分子束外延機的東西，可以制造出純度很高的水晶，他們還有低溫冰箱——超大型保溫瓶里面裝有液氦，可以讓溫度低到只比絕對零度高千分之幾度。

至于半導體物理，大多數人都知道導體和絕緣體是什么，但是我似乎聽到你問了一句：“什么是半導體？”說到底，導體就是可以讓電流輕松通過的東西，比如銅線。絕緣體則是電流無法通過的物質，比如說塑料——這就是為什么我們會用塑料來包起銅線，因為我們知道這樣會很安全，當我們接觸到塑料外皮的時候我們不會被電擊到。

半導體，你可能已經猜到了，是一種稍微可以導電的東西：它不如導體導電性強，但是又不會比絕緣體的導電效果差。最為人所知的半導體是硅——沙子、玻璃和石英的主要成分——它為各種各樣的電器提供了制造所需的最基本材料。你可能聽說過“硅谷”，它是舊金山圣克拉拉山谷的別稱，是因那里有數家生產電子芯片的廠商而得名的。硅的另一種流行替代品是鎵，而我加入的研究小組當時很擅長制造高純度的鎵晶體，然后將各種分量的化學雜質摻進去，以改變它的導電性，然后再把這些材料像夾三明治一樣貼合在一起。

如果做得好，你就會在兩個像三明治般貼合在一起的晶體之間創造出一個二維電子氣（Two-dimensional electron gas）。如果你能把溫

度降得夠低，這就會讓電子的自由徑——意思是每個電子運動時在撞上其他東西之前平均走的距離——變得非常大，大概有千分之一毫米（我知道這聽起來小得夸張，但是一個電子比如在銅這樣的金屬里，平均走的距離大約只有它的百分之一）。

我讀博士期間主要工作是在微小砷化鎵芯片上做出各種微小的金質圖案，當我用可變式電源給這些金質圖案通電時，我就可以在下面的電子氣中創造出各種小圖案來。

在可以創造出來的所有圖案中，我最感興趣的是“量子點”；因為當你把很小的東西（比如電子）放到很小的盒子里，怪異的事情就會發生；事實上，你會觀察到全新的行為，與我們日常生活中觀察到的物體所表現的全然不同。這就是量子力學的奇異世界，我們會在下一課詳細介紹。

做實驗是很花時間的。把一個芯片冷卻到接近絕對零度就能讓我花上差不多一天的時間，而且我們的量子點圖案可能在這個過程中就會被毀。實驗經常會一直進行到晚上。我的睡袋和一堆奶酪三明治經常陪伴著我度過極為寂靜的夜晚，我觀察著，等待著——然后在非常偶然的情況下——親眼看到量子行為。