Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển vừa công bố các chủ nhân mới của Giải thưởng Nobel Vật lí năm nay. Đó là ba nhà vật lí nghiên cứu vật chất ngưng tụ:
David J. Thouless
Đại học Washington, Seattle, WA, Hoa Kì
F. Duncan M. Haldane
Đại học Princeton, NJ, Hoa Kì
J. Michael Kosterlitz
Đại học Brown, Providence, RI, Hoa Kì
"cho những khám phá lí thuyết của họ về các chuyển pha tô-pô học và các pha tô-pô học của vật chất"
Các nhà khoa học giành giải Nobel năm nay đã mở ra cánh cửa mở sang một thế giới chưa biết trong đó vật chất có thể chiếm giữ những trạng thái kì lạ. Họ đã sử dụng các phương pháp toán học cao cấp để nghiên cứu các pha, hay trạng thái, khác lạ của vật chất, ví dụ như các chất siêu dẫn, chất siêu chảy hay các màng mỏng từ tính. Nhờ công trình tiên phong của họ, cuộc đua hiện nay là đi tìm các pha mới và lạ của vật chất. Nhiều người đang nuôi hi vọng về những ứng dụng trong tương lai trong ngành khoa học vật liệu lẫn điện tử học.
Việc ba nhà khoa học giành giải năm nay sử dụng các khái niệm tô-pô học trong vật lí học là yếu tố quyết định cho các khám phá của họ. Tô-pô học là một ngành toán học mô tả các tính chất chỉ biến đổi nhảy bậc. Sử dụng tô-pô học làm công cụ, họ đã khiến các chuyên gia phải thảng thốt vì kinh ngạc. Vào đầu thập niên 1970, Michael Kosterlitz và David Thouless đã đánh đổ lí thuyết dòng khi ấy cho rằng sự siêu dẫn và siêu chảy không thể xảy ra trong các lớp mỏng. Họ đã chứng minh rằng sự siêu dẫn có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp và đồng thời giải thích cơ chế, sự chuyển pha, làm cho sự siêu dẫn biến mất ở những nhiệt độ cao hơn.
Vào thập niên 1980, Thouless đã có thể lí giải một thí nghiệm trước đó với các lớp dẫn điện rất mỏng trong đó sự dẫn điện được đo chính xác là các bước nhảy nguyên. Ông đã chứng minh rằng các số nguyên này có bản chất tô-pô học. Đồng thời khi ấy, Duncan Haldane phát hiện thấy có thể sử dụng các khái niệm tô-pô học để tìm hiểu tính chất của các chuỗi nam châm nhỏ tìm thấy trong một số vật liệu.
Ngày nay, chúng ta biết tới nhiều pha tô-pô học, không chỉ trong các lớp mỏng và sợi mỏng, mà còn có trong các vật liệu ba chiều bình thường. Trong thập niên vừa qua, lĩnh vực này đã dẫn đầu nghiên cứu tiên phong trong ngành vật lí vật chất ngưng tụ, ít nhất là bởi niềm hi vọng có thể sử dụng các vật liệu tô-pô học trong các thế hệ mới của điện tử học và các chất siêu dẫn, hay trong các máy tính lượng tử của tương lai. Nghiên cứu hiện nay đang làm sáng tỏ thêm các bí ẩn của vật chất trong những thế giới kì lạ đã được khám phá bởi ba nhà khoa học giành giải năm nay.
Nguồn: Nobelprize.org
