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2016 年諾貝爾物理獎速報

2016/10/4 — 21:57

圖:Nobel Prize

圖:Nobel Prize

【文:余海峯 @ 物理雙月刊】

諾貝爾奬委員會於今天10月4日宣布華盛頓大學的 David Thouless 、布朗大學的 Michael Kosterlitz 和普林斯頓大學的 Duncan Haldane 三人,因為他們在拓撲相變 (Topological Phase Transition) 與拓撲物質相 (Topological Phases of Matter) 的理論研究獲頒2016年度諾貝爾物理奬。其中 Duncan Haldane 、 Michael Kosterlitz 分享一半奬金,另一半則由 David Thouless 獲得。

三位得奬者利用數學中的拓撲學 (Topology) 概念去解釋物質在超低溫、超導的情形,是凝態物理學 (Condensed Matter Physics) 的一個重要課題。

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David Thouless 和 Michael Kosterlitz在 1970 年代初開始研究二維平面物質的相變。在此之前,物理學界普遍認為二維平面相不存在規律,因此不可能發生相變。Thouless和 Kosterlitz 的研究顯示二維平面存在規律性的相,且會隨溫度升高而變換。這個發現成為了二十世紀凝態物理學最重要的發現,被稱之為 KT-變換。

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其後,David Thouless 與 Duncan Haldane 獨立地發現在低溫與強磁場的情況下,Thouless 和 Kosterlitz 的理論未能解釋所有現象,例如量子霍爾現象中的導電率為何是量子化的。80 年代,Thouless 使用拓撲學成功描述了量子霍爾現象。在 1982 年,Duncan Haldane 也發現一維物質鏈的磁性可以用拓撲學去解釋。

他們三人的發現為凝態物理學開創了新的研究方向。之後,凝態物理學家陸續發現了其他不同拓撲相的物質,而且並不限於一維鏈和二維平面物質,在三維一般物質中也有發現。拓撲物質在未來可望被應於電子設備、超導體,甚至量子電腦當中。

科學研究為人類帶來知識之餘,亦往往帶來更多的未解難題和驚喜。Duncan Haldane 在諾貝爾奬記者會受訪時說:「令人意想不到的是,量子力學比我們想象中的更加豐富。」科學的吸引之處,也許就在於發現未知事物的好奇心。

原文刊於物理雙月刊

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