Az anyagkutatás terén elért elméleti eredményeiért három brit születésű tudós, David J. Thouless, valamint F. Duncan M. Haldane és J. Michael Kosterlitz kapja az idei fizikai Nobel-díjat a Svéd Királyi Tudományos Akadémia keddi stockholmi bejelentése szerint.
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.
Haldane nem várta, hogy gyakorlati haszna lesz a felfedezésének
Haldane a stockholmi sajtótájékoztató résztvevőinek telefonon nyilatkozva azt mondta, "belebotlottak" a felfedezésekbe, amelyek évtizedek múltán hozták meg számukra az elismerést. Szerinte az új eredményeket gyakran szülik véletlenek.
Elárulta, hogy felfedezése eredetileg nagyon absztraktnak tűnt, nem számított arra, hogy a gyakorlatban is hasznosítható lesz. Megjegyezte, hogy a most Nobel-díjjal elismert munka meglehetősen régi, az elmúlt években azonban számos jelentős új felfedezés alapját adta.
A díjazottak 1970-es, 1980-as években elért eredményei az új technológiák megjelenésével az elmúlt évtizedben lendületet adtak a kondenzált anyagok fizikájának, nem utolsó sorban azon remények miatt, hogy a topológikus anyagokat használni tudják az újgenerációs elektronikához és szupervezetőkhöz vagy a jövő kvantumszámítógépéhez.
Haldane a sajtótájékoztatón tisztelgett a Nobel-díj egy korábbi kitüntetettje, egyik tanára, Philip Anderson előtt, aki - mint fogalmazott - nagy inspirációt jelentett számára a Cambridge-i Egyetemen.
Haldane, akit a bejelentés előtt fél órával tájékoztattak arról, hogy ő az egyik díjazott, azt is mondta, hogymeglepte a díj és nagyon örül neki.
Michael Kosterlitzt Helsinkiben érte utol az AP amerikai hírügynökség, ahol az Aalto Egyetem vendégprofesszora. Hozzátette, hogy még mindig nem tért magához a hírtől, "még próbálom megemészteni".
Felidézte, hogy a munkát, amelyért az elismerést kapta, még "nagyon tudatlan posztdoktorális" kutatóként végezte az 1970-es években.
Kosterlitznek David Thouless-szel együtt sikerült megdöntenie az akkor kurrens elméletet, miszerint a vékonyrétegekben - az anyag kis vastagságú tartományaiban - nem fordulhat elő szupravezetés vagy szuperfolyékonyság.
"A teljes tudatlanság tulajdonképpen előny volt, mert nem voltak előzetes elgondolásaim. Elég fiatal és hülye voltam ahhoz, hogy belevágjak" - fogalmazott Kosterlitz, aki a Nobel-díj Facebook-oldalán közzétett felvétel tanúsága szerint már a stockholmi bejelentés után tudta meg a hírt. Éppen ebédelni indult, és egy mélygarázsban érte el telefonon a Nobel-díj honlapjáért is felelős Nobel Media munkatársa. "Jézusom! Ez hihetetlen! Ez elképesztő!" - reagált a hírre Michael Kosterlitz.
Legeza Örs: a jövő eszközei miatt különösen fontosak a díjazottak eredményei
A jövő elektronikai eszközei, különösen a kvantumszámítógép miatt különösen fontosak az idei fizikai Nobel-díjasok anyagkutatással kapcsolatos eredményei - mondta Legeza Örs fizikus kedden.
A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Wigner Fizikai Kutatóközpontjának munkatársa hangsúlyozta, hogy Duncan Haldane, Michael Kosterlitz és David Thouless az anyagok olyan új állapotainak kutatásai felé nyitották meg az utat, amelyek korábban ismeretlenek voltak.
Munkásságuknak köszönhetően a mai modern fizika fókuszában áll az új, egzotikus - úgynevezett topologikus - fázisok kutatása, és ezektől reméli a szakma a jövőben újgenerációs elektronikai eszközök, szupravezetők, illetve a kvantumos számítógépek gyakorlati megvalósítását. (A topologikus tulajdonságok azok, amelyek sértetlenek maradnak szakadásmentes széthúzás, csavarás és deformáció során, illetve csak egész számok többszöröseként, ugrásszerűen, azaz nem folytonosan tudnak változni.)
"Az a világ, amelyet szobahőmérsékleten látunk, amely körülvesz minket, egy olyan világ, amelynek a valódi kvantumos tulajdonságát elfedi a hőmérséklet. Azaz nem látjuk, hogy a világban semmi sem folytonosan, hanem minden ugrásszerűen (kvantumosan) változik. Ez akkor válik láthatóvá, amikor nagyon alacsony hőmérsékletre hűtünk valamit. Ezt kísérleti berendezésekkel tudjuk elérni" - fejtette ki Legeza Örs.
Hozzátette, hogy alacsony hőmérsékleten másképp viselkedik az anyag, és olyan tulajdonságai vannak, amelyeket "szeretnénk kihasználni a minket körülvevő világ szobahőmérsékleti szintjén is, illetve az egyre kisebb méretskálákon megvalósuló - például számítógépes - eszközök esetében is".
Mint mondta, mindenki azon dolgozik a fizikában, hogy ezeket a folyamatokat minél magasabb hőmérsékleten is meg tudják valósítani, illetve stabilak maradjanak.
"A számítógépes iparban például mindent egyre kisebb méretskálán próbálnak megvalósítani, minden egyre kisebb. De elértük azt a méretskálát, amikor a klasszikus fizika már nem használható, és a kvantumos világ tulajdonságait kell figyelembe venni" - magyarázta.
Amit a három tudós vizsgált, az pont az anyagnak az úgynevezett egzotikus viselkedése, fázisai, ami teljes mértékben kvantumfizikai és topologikus eredetű - tette hozzá.
Arra a felvetésre, hogy évtizedekkel ezelőtti elméleti kutatásokért ítélték oda a Nobel-díjat, Legeza Örs azt válaszolta: az alapkutatásokra sokan mondják, hogy "porosodó iratokat gyártó munka", viszont sosem lehet tudni, hogy mikor valósul meg egy olyan kísérleti eszköz, amely életre kelti az elméleti kutatásokat.
