Jurnalul universitar nr. 18 (2016)

premiul

Premiul Nobel pentru fizică 2016 a fost acordat a trei oameni de știință americani „pentru descoperirile teoretice ale tranzițiilor de fază topologice și fazelor topologice ale materiei”. Jumătate din premiu revine lui David J. Thouless (Universitatea din Washington, Seattle, WA), iar cealaltă jumătate este împărțită de Duncan M. Haldane (Universitatea Princeton, NJ) și Michael Kosterlitz, Universitatea J., Providence, RI). Câștigătorii s-au născut în Marea Britanie în 1934, 1951 și, respectiv, 1942.

Conform declarației oficiale a Comitetului Nobel, cei trei oameni de știință au aplicat metode matematice moderne și au modelat stări neobișnuite ale materiei - superconductivitate, superfluiditate (superfluiditate) și un strat magnetic subțire. Acest lucru deschide ușa înțelegerii unei lumi necunoscute în care materia se află în stări exotice.

Figura 1. Trei stări obișnuite ale materiei - gaz, lichid și solid, precum și două exotice - plasmă la temperatură foarte ridicată și un strat subțire de materie condensată la temperatură foarte scăzută.

Topologia este o ramură a matematicii în care sunt studiate fenomenele de continuitate, în special cele în care figurile se deformează fără a-și schimba elementele de bază și conexiunile dintre elemente. Utilizarea metodelor topologice în cercetarea laureaților a fost crucială. La începutul anilor 1970, Michael Kosterlitz și David Tulles au infirmat noțiunea actuală, constatând că fenomenele de supraconductivitate și superfluiditate ar putea fi realizate și în straturi subțiri de materie. Acestea explică mecanismul prin care superconductivitatea apare la temperaturi scăzute. În anii 1980, Tulles a explicat un experiment cu straturi subțiri conductoare electric în care conductivitatea a fost descrisă de un model topologic. În același timp, Duncan Holden a descoperit cum ar putea fi aplicate metodele topologice pentru a studia proprietățile circuitelor magnetice în straturi subțiri de materie.

Fazele obișnuite (stări fizice) ale unei substanțe sunt gazoase, lichide și solide, de ex. abur, apă și gheață. La temperaturi foarte ridicate, moleculele se rup în ioni pozitivi și negativi, adică. substanța trece într-o stare plasmatică. Într-o astfel de stare este de ex. substanța din corpul Soarelui. La temperaturi apropiate de zero absolut (-273 ° C), interacțiunile dintre molecule slăbesc brusc și se pot realiza superconductivitate și fluiditate. Stările „plasmă”, precum și „superconductivitate” și „superfluiditate” sunt considerate a fi stări exotice ale materiei (Fig. 1).

Se știu deja multe despre stările topologice, nu numai în straturi subțiri, ci și în materialele tridimensionale obișnuite. Munca în acest domeniu în ultimele decenii a condus la o înțelegere mai profundă a fizicii materiei condensate. Mulți cercetători sunt plini de speranță pentru aplicarea viitoare a noilor cunoștințe în știința materialelor și electronică. De asemenea, se speră că înțelegerea straturilor subțiri de materie poate fi aplicată într-o nouă generație de superconductori în viitorele supercomputere cuantice.