Fizikai Nobel-díj az anyag szokatlan állapotának tanulmányozásáért

A Washingtoni, a Princeton és a Brown Egyetem munkatársa az anyag szokatlan állapotainak tanulmányozásával: a topológiai fázisátalakulással és az anyag topológiai fázisaival kapcsolatos felfedezéseiért érdemelte ki az elismerést. 

A kitüntetettek az indoklás szerint kaput nyitottak egy ismeretlen világra, amelyben az anyag szokatlan állapotokat tud ölteni. Fejlett matematikai módszereket alkalmazva tanulmányozták ezeket az állapotokat, például a szupravezető és a szuperfolyékony fázisokat vagy a mágneses vékonyréteget. Úttörő munkájuknak köszönhetően kereshetővé váltak az anyag új, egzotikus állapotai.

A topológiai fogalmak fizikában való alkalmazása döntő jelentőségű volt felfedezéseikben az indoklás szerint. A topológia a matematikában az a részterület, amely az alakzatok folytonos deformációk közben is megmaradó, azaz invariáns tulajdonságaival foglalkozik. A topológiát eszközként használva a három tudós ámulatba ejtette a szakembereket.

Michael Kosterlitz és David Thouless az 1970-es évek elején megdöntötte az akkor kurrens elméletet, miszerint a vékonyrétegekben - az anyag kis vastagságú tartományaiban - nem fordulhat elő szupravezetés vagy szuperfolyékonyság. Bizonyították, hogy a szupravezetés alacsony hőmérsékleten megvalósulhat, és megmagyarázták a fázisátalakulás gépezetét, amely révén magasabb hőmérsékleten megszűnik a szupravezetés.

Az 1980-as években Thouless kimutatta, hogy egy korábbi, nagyon vékony elektromos vezető rétegekkel végzett kísérletben mért változások topológiaiak voltak. Ezzel nagyjából egy időben Duncan Haldane felfedezte, hogy a topológiai fogalmak miként használhatók a bizonyos anyagokban lévő parányi mágnesláncok tulajdonságainak megértéséhez.

Ma már ismert, hogy sok topológiai fázis létezik, nemcsak a vékonyrétegekben és a szálakban, hanem hagyományos háromdimenziós anyagokban is. Ez a felfedezés az elmúlt évtizedben lendületet adott a kondenzált anyagok fizikájának, nem utolsó sorban azon remények miatt, hogy a topológiai anyagokat használni tudják az újgenerációs elektronikához és szupervezetőkhöz vagy a jövő kvantumszámítógépeihez.

A kitüntetettek összességében az anyag viselkedésének teljesen váratlan szabályszerűségeit fedezték fel, ami kikövezte az utat az újfajta tulajdonsággal bíró, új anyagok megalkotása előtt. Ez sok jövőbeni technológiához lehet fontos.

A kitüntetettek 8 millió svéd koronával (257 millió forintos összeggel) gazdagodnak, ennek felét a 82 éves Thouless kapja, a másik felén 65 éves Haldane és az 1942-es születésű Kosterlitz osztozik. A díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.