Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Reklama

Obwarzanek nie może mieć pół dziury

Obwarzanek nie może mieć pół dziury

04.10.2016
Czyta się kilka minut
FIZYKA: David J. Thouless (połowa), F. Duncan M. Haldane i J. Michael Kosterlitz (druga połowa wspólnie) za teoretyczne odkrycia topologicznych przejść fazowych i topologicznych faz materii
Prof. Thors Hans Hansson wyjaśnia odkrycie tegorocznych noblistów za pomocą precla. Sztokholm, 4 października 2016 r. Fot. Anders Wiklund / EAST NEWS

​Gdy słyszymy „fizycy teoretyczni”, już wiemy, że lekko nie będzie. By nieco osłodzić skomplikowaną materię badań znamienitych teoretyków, jeden z członków Komitetu Noblowskiego, prof. Thors Hans Hansson, wytłumaczył ich osiągnięcia za pomocą... obwarzanka i pączka.

Tegoroczni nobliści posługując się metodami rodem z geometrii odkryli, że materia wcale nie musi zachowywać się tak, jak się po niej spodziewamy. Opisywali oni zjawiska kwantowe zachodzące w krainie płaszczaków: to znaczy w tak cienkich warstwach atomów, że można je uznać za dwuwymiarowe, więc pozbawione grubości (Haldane zaś badał nici tak cienkie, że można uznać je za twory jednowymiarowe). To już nie teoria: potrafimy dziś tego typu struktury tworzyć i szukamy dla nich zastosowań, wiele sobie po nich obiecując. Sztandarowym tego przykładem jest grafen – materiał zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla, który ma znaleźć zastosowanie od superkomputerów po niezniszczalne ekrany smartfonów.



Badacze wyjaśniali zjawiska zachodzące na płaszczyźnie w bardzo niskich temperaturach, gdy do głosu dochodzi kwantowa natura materii i pojawiają się tak dziwne zjawiska, jak nadciekłość czy nadprzewodnictwo.

Jednym z zaskakujących efektów, z którymi mieli do czynienia fizycy, było tzw. kwantowe zjawisko Halla (nagroda Nobla dla Klausa von Klitzinga w 1985 r.), zachodzące w niskich temperaturach, silnych polach magnetycznych i cienkich (dwuwymiarowych) materiałach. Okazało się, że opór elektryczny przyjmuje w takich warunkach ściśle określone wartości, zmieniające się skokowo wraz z ciągiem liczb naturalnych, o 2, 3, 4 itd. razy. Zadziwiający był również fakt, że wartości oporu były stałe i bardzo precyzyjne, niezależnie od fluktuacji pola magnetycznego, temperatury czy poziomu zanieczyszczenia substancji. Tegoroczni nobliści odkryli, że zjawisko to wiąże się z tzw. topologicznym niezmiennikiem, którym jest spójność (czy wielospójność – o tym za chwilę). I tu właśnie wkraczają wypieki profesora Hanssona.

Wyłożył on mianowicie związek między dziurami w obwarzankach a kwantowymi skokami oporu elektrycznego w zjawisku Halla: z topologicznego punktu widzenia obwarzanek różni się od pączka, a pączek od precla tylko... liczbą dziur w strukturze. Precel ma dwie, obwarzanek – jedną, a pączek – ani jednej. Cecha ta zwana jest wielospójnością (jednospójnością, dwuspójnością itd.). Obszar z punktu widzenia topologii może mieć tylko całkowitą nieujemną liczbę dziur – obwarzanek nie może mieć ani minus jeden, ani pół dziury. A skokami oporu elektrycznego w zjawisku Halla rządzi... liczba dziur w strukturze materii. Ściślej: drobnych wirów, które pod wpływem pola magnetycznego i temperatury tworzą obszary o różnym stopniu lokalnej spójności i odpowiadają np. za zjawiska nadprzewodnictwa.

Prace noblistów zaowocowały powstaniem całego obszaru fascynujących (na razie tylko fizyków) badań związanych z topologicznymi nadprzewodnikami i izolatorami. A te z kolei są wielce obiecującymi materiałami, które znajdą zastosowanie np. w komputerach kwantowych – mającymi kiedyś wysłać nasze obecne komputery tranzystorowe do muzeum techniki. Thouless, Haldane i Kosterlitz położyli teoretyczne podwaliny tworzenia materiałów, jakich świat jeszcze nie widział, ale z których zbudowana będzie przyszłość. ©

Czytasz ten tekst bezpłatnie, bo Fundacja Tygodnika Powszechnego troszczy się o promowanie czytelnictwa i niezależnych mediów. Wspierając ją, pomagasz zapewnić "Tygodnikowi" suwerenność, warunek rzetelnego i niezależnego dziennikarstwa. Przekaż swój datek:

Autor artykułu

Urodzony w 1971 r. Dziennikarz naukowy, stały współpracownik „Tygodnika Powszechnego”. Absolwent Wydziału Matematyki, Informatyki i Mechaniki Uniwersytet Warszawski (kierunek matematyka). W...

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz

© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]