استخدموا أساليب رياضية متقدمة لدراسة الظواهر أو الحالات غير العادية للمادة، مثل الموصلات الفائقة أو السوائل الفائقة أو الطبقات المغناطيسية الرقيقة. وبفضل هذا الاكتشاف، تُبذل الجهود لتطوير التطبيقات المستقبلية في كل من علوم المواد وفي مجالات الإلكترونيات بعد هذه الاكتشافات.
منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2016 لثلاثة باحثين أمريكيين لاكتشافهم الظواهر الطوبولوجية
قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2016، حيث منحت نصفها للباحث ديفيد ج. ثوليس، من جامعة واشنطن في سياتل بالولايات المتحدة الأمريكية؛ والنصف الثاني لباحثين هما: F. Duncan M. Haldane من جامعة برينستون بالولايات المتحدة الأمريكية والباحث مايكل كوسترليتز من جامعة براون. تُمنح الجائزة لـ "الاكتشافات النظرية للتحولات بين الحالات الطوبولوجية والحالات الطوبولوجية للمادة".
اكتشاف أسرار المواد غير العادية
فتح الفائزون بجائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام الباب أمام عالم مجهول حيث يمكن العثور على المادة في مواقف غريبة. استخدموا أساليب رياضية متقدمة لدراسة الظواهر أو الحالات غير العادية للمادة، مثل الموصلات الفائقة أو السوائل الفائقة أو الطبقات المغناطيسية الرقيقة. وبفضل عملهم الرائد، يبدأ الآن البحث عن حالات غير عادية وجديدة للمادة. ويأمل العديد من الباحثين في تطوير التطبيقات المستقبلية سواء في علم المواد أو في مجالات الإلكترونيات بعد هذه الاكتشافات.
وكان استخدام الفائزين الثلاثة للمفاهيم الطوبولوجية في الفيزياء خطوة حاسمة في تحقيق اكتشافاتهم. الطوبولوجيا هي فرع من الرياضيات يصف الخصائص التي تتغير تدريجيًا فقط، خطوة بخطوة. إن استخدام الطوبولوجيا كأداة سمح للحائزين على جائزة نوبل بإبهار حتى الخبراء في مجالهم. في أوائل السبعينيات، دحض الباحثان مايكل كوسترليتز وديفيد ثيولز النظرية القائلة بأن الموصلية الفائقة أو الميوعة الفائقة لا يمكن أن تحدث في طبقات رقيقة. لقد أظهروا أن الموصلية الفائقة يمكن أن تحدث عند درجات حرارة منخفضة، وأوضحوا أيضًا الآلية (انتقال الأحداث) التي تتسبب في اختفاء الموصلية الفائقة عند درجات حرارة أعلى.
في الثمانينيات، كان ثيولز قادرًا على شرح تجربة سابقة حيث قامت طبقات رقيقة جدًا بتوصيل الكهرباء عندما تم قياس الموصلية بدقة على أنها مراحل منفصلة أو كاملة. وأظهر أن هذه الخطوات كانت طوبولوجية بطبيعتها. وفي نفس الوقت تقريبًا، اكتشف دنكان هالدين كيف يمكن استخدام الأفكار الطوبولوجية لفهم خصائص سلاسل المغناطيس الصغيرة الموجودة في مواد معينة.
نحن نعرف اليوم العديد من الأمثلة الطوبولوجية، ليس فقط في الطبقات الرقيقة والخرز، ولكن أيضًا في المواد العادية ثلاثية الأبعاد. خلال العقد الماضي، كسر هذا المجال من البحث كل الحدود في مجال فيزياء المادة المكثفة، على الأقل بفضل الأمل في إمكانية استخدام المواد الطوبولوجية في تطوير جيل جديد من المكونات الإلكترونية والموصلات الفائقة، أو في المجال المستقبلي للحواسيب الكمومية. يكشف البحث الحالي في هذا المجال عن الأسرار الثمينة الموجودة في المواد غير العادية التي اكتشفها الفائزون الثلاثة بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2016.
