今天讲一下2016年诺贝尔物理学奖,也不明觉厉一下,体会一下世界学术前沿都到哪了。
北京时间10月4日下午5点45分,2016年诺贝尔物理学奖揭晓,三位英美科学家大卫·索利斯、邓肯·霍尔丹、迈克尔·科斯特利茨获奖。
获奖理由是“理论发现拓扑相变和拓扑相物质”。
尽管三位获奖者对于获奖表示“有点晕”“试着接受它”,但在物理学界看来,他们是“实至名归”。
他们利用高等数学方法研究了物质的一些特殊相或状,更因为他们奠基的工作,材料科学和电子学的未来应用前景充满消。
拓扑本是数学分支,但今年获奖的研究是某种物理质。
拓扑描述的是当一个物体在未被撕裂的条件下,被拉伸、扭曲或变形时保持不变的特。
拓扑学的目标是通过一些基本特征如坑洞的数量,来描述形状和结构。
因此,从拓扑方面来说,一只马克杯和一个硬面b圈是一样的,因为它们都只有一个开口,而蝴蝶脆饼则不同,因为它有两个开口。
“三个人最主要的贡献就是把拓扑的概念用到了物理学上。”中科院物理所所长王玉鹏接受《中科学报》记者采访时说。
在上世纪70年代早期,当时的理论认为超导现象和超体现象不可能在薄层中产生,而迈克尔·科斯特利茨和大卫·索利斯推翻了这一理论。
他们证明了超导现象能够在低温下产生,并阐释了超导现象在较高温度下也能产生的机制——相变。
(全新的理论系统。)
后来到了80年代,大卫·索利斯成功地解释了之前的一个实验,即超薄导电层中的电导系数可被确测量到整数。
他证明了这些整数在自然属中于拓扑状‖时,邓肯·霍尔丹发现,可以用拓扑学来理解某些材料中的小磁体链的质。
正因为大卫·索利斯参与了两项工作,所以享一半奖金,邓肯·霍尔丹与迈克尔·科斯特利茨分享另一半奖金。
“他们发现了新的物质形——拓扑物质≌通人能看到气、液、固这常见的三种物,更深刻的层次有很多物质的分类。”
王玉鹏解释说,“比如说电子,导电的时候是动的,从物理上就可以认为是液的。”
今年诺奖物理学奖得主打开了一扇通往未知世界的大门,他们的发现带来了对物质奥秘理论理解方面的突破,并创建了培育新材料的新视角。
“他们三人做出了奠基工作。”王玉鹏说,“最近几年很热的拓扑绝缘体、热尔半金属、量子反常霍尔效应,都是拓扑物质。”
现在已知的拓扑相有很多种,它们不仅存在于薄层和线状物,还存在于普通的三维材料中。
过去十年里,这一领域的研究促进了凝聚物理研究的前沿发展,人们不仅仅对拓扑材料能够在新一代电子器件和超导体中产生应用抱有消,而且看好其在未来量子计算机方面的应用。
量子霍尔效应曾两度摘得诺奖:1980年,德科学家冯·克利青发现了“整数量子霍尔效应”,于1985年获得诺贝尔物理学奖。
1982年,美籍华裔物理学家崔琦、美物理学家施特默等发现了“分数量子霍尔效应”,不久由美物理学家劳弗林给出理论解释,三人分享了1998年诺贝尔物理学奖。
“这次三位获奖者的工作是对整个拓扑物质的深刻的理解,不仅限于量子霍尔效应。”王玉鹏说,“真正由物理学家认识到,并且将其在物质世界里实现。”
如今,许多研究人员仍在慢慢揭开奇异世界里物质的秘密,而这个奇异世界,是由今年的三位获奖者发现的。
从1973年到现在接近40年的研
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