拓扑相变_1
发布时间：2024-02-28 00:41:21
拓扑相变获奖者打开了一个未知的世界，物质可以以一种奇怪的状态存在，他们利用先进的数学方法来研究不同寻常物质状态，如超导体、超流体或磁膜等。由于他们的开创性工作，许多人希望未来这种研究将会对材料学和电子学产生革命性影响。 [2]
自量子霍尔效应发现以来，许多拓扑相被理论预测和实验验证，然而在实验上直接测量拓扑数仍然是一项挑战。 [3] 
拓扑相变相变：相变就是物质在外界条件连续变化时，从一种“相”突然变成另一种“相”的过程，比如冰融化成水。 [4] 日常生活中最常见的“相”是气态、液态和固态，在一些极端的条件下，比如极高的温度或者极低的温度，会出现很多更为奇异的状态。人们所看到的相变，是分子在微观层面上一起作出改变的结果。比如宏观上，冰融化成水，再蒸发成水蒸气的过程中：在微观上，分子和分子先是像方阵兵一样十分整齐地排列着，在宏观上就表现出冰的状态。当温度升高，士兵们在附近自由活动，不再整齐地保持队列，但依然挨在一起，在宏观上就呈现了水的形态；当温度再升高，士兵们完全自由运动，就呈现了水蒸气的状态。
拓扑相变诺贝尔物理学奖评委会委员托尔斯·汉斯·汉森（Thors Hans Hansson）从自己的午餐袋中取出了三个形状不同的面包，一个没有洞的瑞典国民肉桂卷（cinnamon bun）、有一个洞的面包圈（bagel）和两个洞的瑞典碱水面包（pretzel），以便更生动地让各位媒体人了解“拓扑学”这个相对冷门的概念。 
拓扑相变三位获奖者研究了物质的奇异状态，如超导体、超流体或磁性薄膜等等。他们的先驱性工作为搜寻物质的奇异新状态奠定了基础，或许能在未来的材料科学和电子学中找到用武之地。
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态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希望，而且看好其在未来量子计算机方面的应用。 
图：金属、绝缘体和拓扑绝缘体的关系2016年10月4日，戴维·索利斯，邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨因为发现了物质的拓扑相变和拓扑相而获得2016年诺贝尔物理学奖。 [6]索利斯和科斯特利茨两位科学家是在二维经典系统中发现拓扑相变，霍尔丹是在二维量子材料系统中研究拓扑物态及其转变。 [7] 诺贝尔基金会的官员们使用没有洞的肉桂卷（cinnamon bun）、一个洞的面包圈（bagel）和两个洞的碱水面包（pretzel）解释拓扑。在拓扑上，这几种结构是完全不一样的，因为洞的数量不一样。拓扑学是三位得奖者能做出这一成就的关键，它解释了为什么薄层物质的的电导率会以整数倍发生变化。诺贝尔基金会表示，他们利用先进的数学方法来研究不同寻常的物质，如超导体、超流体等。 [8] David J. Thouless,1934年出生于英国贝尔斯登，1958年从美国康奈尔大学获得博士学位。现为美国华盛顿大学荣誉退休教授。 F. Duncan M. Haldane，1951年出生于英国伦敦，1978年从英国剑桥大学获得博士学位。现为美国普林斯顿大学物理学教授。 J. Michael Kosterlitz，1942年出生于英国阿伯丁，1969年从英国牛津大学获得博士学位。现为美国布朗大学物理学教授。 [2]
