Нобелевская премия по физике присуждена трем ученым за топологические исследования

Ученые, «раскрывшие секреты экзотической материи» – Дэвид Таулесс из Вашингтонского университета (США), Майкл Костерлиц из Брауновского университета (США) и Дункан Халдан из Принстонского университета (США) – получили Нобелевскую премию по физике 2016 г. Ученые применили математические методы для изучения свойств материалов и положили начало целому ряду передовых исследований в области изучения состояний материалов. За последнее десятилетие исследования в этой области физики расширялись во многом из-за надежды на то, что  новые виды материи могут быть использованы в новых поколениях электроники и сверхпроводников или в будущих квантовых компьютерах.

По словам представителей Шведской королевской академии наук, трое ученых «открыли дверь» в неизвестный мир, в котором материя принимает необычные состояния, или фазы. Лауреаты использовали передовые математические методы для изучения необычных состояний разных типов материй, таких как сверхпроводники, супержидкости или тонкие магнитные пленки.

Основные исследования были проведены в 1970-1980-х гг. Решающим в исследовании стало использование учеными топологических концепций применительно к физике. Топология является ветвью математики и описывает свойства, которые изменяются поэтапно. Именно новый подход к изучению материй позволил по-новому посмотреть на них.

В начале 1970-х гг. Майкл Костерлиц и Дэвид Таулесс исследовали явления на поверхности двухмерных пленок. Ученые опровергли существовавшую тогда теорию о том, что сверхпроводимость и свертекучесть не могут произойти в тонких слоях. Исследователи доказали, что сверхпроводимость может происходить при низких температурах, а также объяснили фазовый переход, делающий сверхпроводимость невозможной при более высоких температурах.

В 1980-е гг. Таулесс объяснил предыдущий эксперимент с очень тонкими электропроводящими слоями, в которых проводимость была точно измерена. Он показал, что эти значения были топологическими по своей природе. Примерно в то же время Дункан Холдейн обнаружил, что топологические понятия могут быть использованы для понимания свойств «нитей» малых магнитов, найденных в некоторых материалах.

К настоящему моменту ученые разных стран мира изучили топологические фазы не только тонких слоев, но и обычных трехмерных образцов.