2016年诺贝尔物理学奖:物质拓扑相的发现
2016年诺贝尔物理学奖：物质拓扑相的发现
作者：周璐
来源：《百科知识》2016年第22期
        2016年诺贝尔物理学奖授予三位科学家——戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨，以表彰他们发现了物质拓扑相，以及在拓扑相变方面做出的理论贡献。这三名科学家均在英国出生，目前分别在美国的华盛顿大学、普林斯顿大学、布朗大学从事研究工作。今年的获奖发现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解方面的突破，并创建了培育新材料的新视角。
        他们发现了新的物质形态
        对很多人来说，“拓扑相变和拓扑相”属于令人望而生畏的深奥理论。普通人能看到气态、液态、固态这常见的三种物态，但更深刻的层次有很多物质态的分类。“拓扑物态理论”补充了人们所熟悉的普通的物态变化，比如物质如何从固体变为液体再变为气体。
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        什么是拓扑？
        所谓拓扑，是数学的一个分支，主要研究的是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的性质。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性。因此，从拓扑方面来说，一只马克杯和一个硬面包圈是一样的，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。三名获奖者将拓扑概念应用于物理研究，这是他们取得成就的关键。
        20世纪70年代初期，迈克尔·科斯特利茨和戴维·索利斯推翻了当时关于超导体和超流体无法在薄膜层中实现的理论。他们证明，超导体可以在低温环境下实现，并解释了其实现机制，以及使超导体在高温中消失的相变问题。20诺贝尔奖 中国世纪80年代，戴维·索利斯用非常薄的导电层解释之前的一个实验。在这些导电层中，导电性可以用整数步骤精确测量出来。他证明了这些整数步骤是符合拓扑结构的。几乎在同一时期，邓肯·霍尔丹发现了如何用这些拓扑概念理解一些物质中发现的小磁铁链的特性。正因为戴维·索利斯参与了两项工作，所以独享一半奖金，邓肯·霍尔丹与迈克尔·科斯特利茨分享另一半奖金。

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