Tema

Nobelpriset i fysik: De röjde hemligheter hos exotisk materia

Årets pristagare öppnade portar till en okänd värld av materia som försätts i märkliga tillstånd. De har med avancerade matematiska metoder studerat ovanliga materiefaser som till exempel supraledare, supravätskor eller tunna magnetiska filmer. Många hoppas på framtida tillämpningar, både inom materialvetenskap och elektronik.

Kungl. Vetenskapsakademien har beslutat att utdela Nobelpriset i fysik 2016 med ena hälften till David J. Thouless (University of Washington, Seattle, WA, USA) och med andra hälften till Duncan M. Haldane (Princeton University, NJ, USA) och Michael Kosterlitz (Brown University, Providence, RI, USA).

De får priset ”för teoretiska upptäckter av topologiska fasövergångar och topologiska materiefaser”.

Avgörande för de tre pristagarnas upptäckter var att de använde topologiska begrepp inom fysiken. Topologi är en gren av matematiken som beskriver egenskaper som förändras bara stegvis. Med den moderna topologin som verktyg kunde årets pristagare förbluffa experterna. I början på 1970-talet kullkastade Michael Kosterlitz och David Thouless den då rådande uppfattningen att supraledning eller suprafluiditet inte kan förekomma i tunna skikt. De visade att supraledning skulle uppstå vid låga temperaturer och förklarade även den mekanism, en fasövergång, som gjorde att supraledningen försvann när det blev varmare.

Fasövergång. Den inträffar när materiefaserna övergår i varandra, som när is smälter till vatten. Med hjälp av matematikens topologi beskrev Kosterlitz och Thouless en topologisk fasövergång i ett tunt skikt av mycket kall materia. I kylan bildades virvelpar som plötsligt löstes upp vid temperaturen för fasövergången. Det blev en av 1900-talets viktigaste upptäckter inom den kondenserade materiens fysik. (Illustration: Johan Jarnestad)

Fasövergång. Den inträffar när materiefaserna övergår i varandra, som när is smälter till vatten. Med hjälp av matematikens topologi beskrev Kosterlitz och Thouless en topologisk fasövergång i ett tunt skikt av mycket kall materia. I kylan bildades virvelpar som plötsligt löstes upp vid temperaturen för fasövergången. Det blev en av 1900-talets viktigaste upptäckter inom den kondenserade materiens fysik. (Illustration: Johan Jarnestad)

Ovanligt stor ledningsförmåga
På 1980-talet kunde Thouless förklara ett tidigare experiment med mycket tunna elektriskt ledande skikt, där ledningsförmågan med ovanligt stor noggrannhet uppmättes till heltal. Han visade att dessa heltal var av topologisk natur. Ungefär samtidigt upptäckte Duncan Haldane hur topologiska begrepp kan användas för att förstå egenskaperna hos kedjor av små magneter som förekommer i vissa material.

Numera känner vi till många topologiska tillstånd, inte bara i tunna skikt och trådar, utan också i helt vanliga tredimensionella material. Detta är ett område som under det senaste decenniet utgjort frontlinjeforskning inom den kondenserade materiens fysik, inte minst på grund av förhoppningen om att topologiska material ska kunna användas i nya generationer av elektronik och supraledare, eller i framtida kvantdatorer. Men redan nu avslöjar forskarna materiens hemligheter i dessa exotiska världar som upptäckts av årets Nobelpristagare.

Prissumma: 8 miljoner svenska kronor, med ena hälften till David Thouless och andra hälften till Duncan Haldane och Michael Kosterlitz.

Mer om pristagarna

David J. Thouless, född 1934 (82 år) i Bearsden, Storbritannien. Fil. dr 1958 vid Cornell University, Ithaca, NY, USA. Emeritus Professor vid University of Washington, Seattle, WA, USA.

Duncan M. Haldane, född 1951 (65 år) i London, Storbritannien. Fil.dr 1978 vid Cambridge University, Storbritannien. Eugene Higgins Professor of Physics vid Princeton University, NJ, USA.

Michael Kosterlitz, född 1942 (73 år) i Aberdeen, Storbritannien. Fil.dr 1969 vid Oxford University, Storbritannien. Harrison E. Farnsworth Professor of Physics vid Brown University, Providence, RI, USA.

Mer information:
http://kva.se och http://nobelprize.org

Presskontakt: Jessica Balksjö Nannini, pressansvarig, tel. 08-673 95 44, 070 673 96 50, jessica.balksjo@kva.se

Sakkunniga: Thors Hans Hansson, tel. 08-553 787 37, hansson@fysik.su.se och David Haviland, haviland@kth.se, ledamöter av Nobelkommittén för fysik.

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Nobelpriset i fysik: De röjde hemligheter hos exotisk materia

 lästid ~ 2 min