0
5524
Газета Наука Печатная версия

12.10.2016 00:01:00

Фазовые переходы через топологические дырки

Как может быть монетизирована геометрия пространства на квантовых масштабах

Тэги: нобелевская премия, физика


нобелевская премия, физика Дункан Холдейн. Фото Reuters

Премию этого года по физике нобелевские судьи дали «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи». Премию получили Майкл Костерлиц, Дункан Холдейн и Дэвид Таулесс. Первый родился в 1942 году в шотландском Абердине и уже в 27-летнем возрасте удостоился докторской степени в Оксфорде, после чего перебрался в Америку. Там он и по сей день является профессором университета Брауна в г. Провиденс.

Дункан Холдейн – самый молодой из нынешних лауреатов по физике. Он родился в 1952 году в Лондоне и в те же 27 лет получил степень доктора в Кембридже, подтвердив, что Оксбридж – главный образовательный тандем Великобритании.

Дэвид Таулесс, которому досталась половина премиальной суммы, появился на свет в 1934 году в английском Берсдене. Степень доктора получил в 24 года в Корнеллском университете г. Итаки, штат Нью-Йорк (вполне возможно, что застал там преподававшего русскую литературу Владимира Набокова). Таулесс сейчас – профессор университета им. Вашингтона в Сиэтле, а Холдейн – в Принстоне, где когда-то пытался создать единую теорию поля Альберт Эйнштейн.

Награда присуждена трем теоретикам-экспериментаторам, давшим объяснение проблемам, накопившимся за последние полвека в физике твердого тела, и многочисленным опытам в области фазовых переходов в двухмерных и линейных одномерных структурах. Классическая физика знает пять фазовых состояний вещества: плазма, в которой электроны «оторваны» от атомных ядер; газ, жидкость и твердые, или конденсированные тела, например металлы (в них электроны, особенно на поверхности).

Дэвид Таулесс. 	Фото с официального сайта Нобелевского комитета
Дэвид Таулесс. Фото с официального сайта Нобелевского комитета

Вблизи абсолютного нуля температур (–273 градуса по Цельсию; 0 градусов по Кельвину) атомы настолько «заторможены», что конденсируются до степени, когда начинаются проявления общего поведения. Теорию такого состояния разработали совместно индиец Бозе, в честь которого названы элементарные частицы бозоны, и Эйнштейн, в честь которых это фазовое состояние получило название «конденсат Бозе–Эйнштейна» (ВЕС – Bose-Einstein Condensat).

Сверхпроводимость была открыта более века назад, а Петр Капица (Нобелевская премия по физике 1978 года) выявил у гелия сверхтекучесть. Но помимо этого был открыт еще и долго не поддававшийся объяснению эффект Холла. Он заключается в том, что при охлаждении и при наличии сильного магнитного поля ток увеличивается не плавно, а скачкообразно.

В начале 1970-х Костерлиц и Таулесс теоретически объяснили фазовый переход в охлажденных до нескольких градусов Кельвина сверхпроводящих супержидкостях топологическими дефектами (то есть особенностями 3D-геометрии). Им поначалу никто не поверил, но через 10 лет Таулесс скооперировался с Холдейном, и они вместе разработали теорию перехода фаз в веществах.

Майкл Костерлиц. 	Фото Reuters
Майкл Костерлиц. Фото Reuters

Таулесс обратил внимание на скачкообразность проведения тока, который согласно эффекту Холла увеличивался в два и три раза – в полном соответствии с появлением топологических дырок. Холдейн затем доказал, что эффект можно получить и без магнитного поля. Он обратил внимание коллег на так называемые цепочки магнитных атомов, то есть свел ситуацию от тончайших 2D-пленок к одномерности. И лишь в 2014 году экспериментаторы доказали его правоту. Все трое ученых говорили и писали, что предсказанные и объясненные ими топологические переходы фаз имеют место на границах пленок и концах атомных цепочек, в чем проявляется половинная природа бозонных спинов.

Интерес Нобелевского комитета к теории топологических фазовых переходов объясняется последними достижениями в наноминиатюризации при разработке новых материалов для новейших чипов. В настоящее время толщина транзисторных слоев уже приближается к 14 нанометрам (нм). Однако сечение монослойных пленок измеряется 4 нм, что приближает их к биологическим мембранам. Понимание квантовой физики в таких пленках – не забудем также и о графене, представляющем собой монослой углеродных атомов, – открывает новые перспективы развития солнечной и водородной энергетики, создания сверхчувствительных биосенсоров и нанопроволочных устройств, овладения высокотемпературной сверхпроводимостью и, в перспективе, квантовых компьютеров, которые нельзя будет хакнуть и подслушать.

Отсюда понятно, почему премию этого года дали не за прошлогоднее открытие «бесполезных» гравитационных волн, а за доказавшую свою коммерческую привлекательность теорию топологических фазовых переходов. Впрочем, у первооткрывателей все еще впереди: Нобелевский комитет любит, чтобы открытие «отстоялось». 

Недаром сэр Андрей Гейм, открывший с Константином Новоселовым графен, сказал в адрес новых коллег – нобелевских лауреатов: «Я не знаю ни одного нобелевского лауреата, для которого монетарный аспект этой награды достоин даже малейшего упоминания, однако мало кто продал бы свою душу ради получения этой премии».  


Комментарии для элемента не найдены.

Читайте также


Константин Ремчуков о душегубе Соколове, псевдопатриотах и вновь о "деле Гусейнова"

Константин Ремчуков о душегубе Соколове, псевдопатриотах и вновь о "деле Гусейнова"

0
2335
В Туле отметили юбилей комедийного фестиваля

В Туле отметили юбилей комедийного фестиваля

Ольга Галицкая

Смотр «Улыбнись, Россия!» прошел в 20-й раз

0
191
Подмосковный полигон Тимохово избавят от свалочного газа

Подмосковный полигон Тимохово избавят от свалочного газа

Георгий Соловьев

Работы по рекультивации проходят под общественным контролем

0
446
Прибавьте шагу, если хотите дольше жить

Прибавьте шагу, если хотите дольше жить

Анжела Галарца

Тяжелые травмы получают порой в неумеренном стремлении заниматься спортом

0
554

Другие новости

Загрузка...
24smi.org