Les fases topològiques de la matèria (Thouless, Duncan, Haldane; Premi Nobel de Física 2016)

La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha comunicat la concessió del Premi Nobel de Física. El premi es divideix en quatre parts, dues per a David J. Thouless, i una per a F. Duncan M. Haldane i la quarta per a J. Michael Kosterlitz. Els guardonats ho han estat “per les descobertes teòriques de les transicions de fase topològiques i les fases topològiques de la matèria“.

David J. Thouless

David James Thouless va nàixer a Bearsden (Escòcia) el 21 de setembre del 1934. Estudià al Winchester College (Trinity Hall, Cambridge) on es graduà. Va fer la tesi doctoral a la Cornell University, sota la supervisió de Hans Bethe (1906-2005). Després d’una estada post-doctoral a la University of California, Berkeley, fou professor de física matemàtica de la Birmingham University. En el 1980 passà com a professor de física a la University of Washington in Seattle.

F. Duncan M. Haldane

Frederick Duncan Michael Haldane va nàixer a Londres el 14 de setembre del 1951. Estudià a la St. Paul’s School (Londres) i al Christ’s College (Cambridge). Ocupa la càtedra Eugene Higgins de física en la Princeton University.

J. Michael Kosterlitz

John Michael Kosterlitz va nàixer a Aberdeen (Escòcia) en el 1942. Estudià a Cambridge i es doctorà a Oxford. En el 1974 esdevingué professor a la Universitat de Birmingham i, en el 1982, passà a ser professor de física a la Brown University.

Les fases topològiques de la matèria

Kosterlitz & Thouless (1973) proposaren una definició d’ordre topològic per descriure sistemes bidimensionals. Aplicaren aquest concepte en el magnetisme de superfícies bidimensionals, en la transició sòlid líquid i en la superfluidesa neutral. Fou així que sostingueren que propietats com la superconductivitat o la superfluidesa podien existir en estructures bidimensionals. Alhora, aquest mecanisme topològic servia per explicar la transició de fase que fa que un material superconductor a baixa temperatura perdi aquesta propietat a temperatures superiors. En efecte, l’anomenada transició Kosterlitz-Thouless (transició KT) s’explica per la formació de configuracions topològicament estables, els vòrtexs, que provoquen un desordenament de la malla bidimensional.

La transició KT s’explica per la generació de vòrtexs a temperatures més elevades (b). Per sota de la temperatura crítica, els vòrtexs són aparellats (a), la qual cosa fa possible propietats com la superconductivitat.

Thouless et al. (1982) estudiaren empíricament la conductància d’un sistema bidimensional de gas electrònic en un camp magnètic uniforme, assenyant la natura topològica de la conducció elèctrica en aquest sistema.

Haldane (1983) mostra la utilitat d’una representació topològica per descriure la dinàmica d’un antiferromagnet unidimensional.

Encara avui, el concepte de material topològic s’associa a estructures unidimensionals (fils) i, més habitualment, encara a estructures bidimensionals (xarxes). En el 2004, hom aconseguí l’aïllament de grafè, xarxa cristal·lina bidimensional d’àtoms de carboni. Més recentment, hom reportà la síntesi d’un material topològic tridimensional, l’aerografit, constituït per una xarxa d’àtoms de carboni.

Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.