上海時間10月4日上午5點45分,2016年諾貝爾化學學獎出爐,三位英美科學家DavidJ.(戴維·索利斯),F..(鄧肯·霍爾丹),J.(邁克爾·科斯特格拉斯哥)得獎。
她們得獎理由是“理論發覺拓撲相變和拓撲相物質”。其中,DavidJ.獨享一半獎金,F.M.與J.分享另一半獎金。
哪些是拓撲?
拓撲()本來是一個物理概念,描述的是幾何圖形或空間在連續改變形狀后能夠保持不變的性質,它研究的是這些“不連續”的特點。假定我有一個長圓形,它可以變大一點點,變小一點點,粗一點點,細一點點,這樣的變化是連續的。并且,拓撲學對此不關心。假如,我在長圓形里挖了洞,這么它要么沒有洞,要么有1個、2個、3個??,不能有1.5個或則3.14個。拓撲學關心的就是類似于這個洞的特點。拓撲學還有一個特征是,看局部不管用。一個長圓形有幾個洞,完全未能借助看它的局部來判定,必須看整體。
頒獎禮上,諾貝爾組委會用沒有洞的肉豆蔻卷()、一個洞的蛋糕圈(bagel)和兩個洞的豬腸蛋糕()解釋起了拓撲是哪些回事,在拓撲上,這幾種結構是完全不一樣的:洞的數目不同。
明天三位得主的核心成就,就是她們在化學學中引入了拓撲的概念。
20世紀70年代初期,和顛覆了當時的理論,提出超導和超流性質的新模型,并解釋了超導態可以在高溫下出現,而在室溫下降時消失這一轉變(相變)的機制。
20世紀80年代,在理論上解釋了纖薄層材料導電性呈整數式前饋的特點,表明這種整數代表著材料的拓撲性質。而差不多在同一時間,發覺了拓撲概念可以拿來理解一維載流子鏈(一種一維線性材料)的磁學特點。
開啟未知房門
去年的得獎者打開了一扇通往未知世界的房門,在那兒,物質可以呈現出奇怪的狀態。她們借助高等物理方式研究了物質的一些特殊相或狀態,例如超導體、超流體和磁性薄膜等。現在,人類對物質的新奇相態的研究正在展開,材料科學和電子學的未來應用前景飽含希望。
如今,我們早已曉得拓撲相有好多種拓撲相變,它們不僅剩在于薄層和線狀物拓撲相變,還存在于普通的三維材料中。過去六年里,這一領域的研究促使了匯聚態化學研究的前沿發展,人們不僅僅對拓撲材料才能在新一代電子元件和超導體中形成應用抱有希望,而且看好其在未來量子計算機方面的應用。
此刻,許多研究人員仍在漸漸揭露奇特世界里物質的秘密,而這個奇特世界,是由去年的三位得獎者發覺的。
臺灣學院院長徐士杰點評說——
去年的諾貝爾化學獎是繼安德森局域化、整數量子霍爾效應、分數量子霍爾效應得獎后,又一次對于匯聚態的電物性新認識的嘉獎。不曉得未來數年諾貝爾化學獎是否再度眷顧匯聚態化學,比如嘉獎拓撲絕緣、自旋量子效應乃至異常量子霍爾效應的發覺。假如是這樣的話,華人乃至我國物理學者可能有機會得獎。
還有個有趣的事就是,應當是在做博士后期間與共同發表了她們那篇知名的論文的,并且署名為第一作者,但諾貝爾獎委員會卻將一半的獎金授予了。
人物小傳
DavidJ.(戴維·索利斯),1934年出生于法國貝爾斯登,1958年從英國康奈爾學院獲得博士學位。目前為俄羅斯芝加哥學院榮譽退職院士。他博士結業于康奈爾學院,導師是知名數學學家漢斯·貝特(,也是1967年的諾獎得主),現于日本芝加哥學院任教。他在原子、電子與核子的擴充系統方面作出了好多理論上的貢獻,研究領域包括超導現象、核物質特點,以及核內迸發態集體運動等。是日本皇家學會會員、美國藝術與科大學教授、美國國家科大學教授,在獲得諾獎之前還獲得了1990年的沃爾夫獎、1993年的保羅·狄拉克獎等等。
F.M.(鄧肯·霍爾丹),1951年出生于法國巴黎,1978年從美國劍橋學院獲得博士學位。目前為俄羅斯耶魯學院化學學院士。他對于匯聚態化學有許多基礎性的貢獻,比較著名的研究包括盧京格爾液體(),描述一維載流子鏈的理論,分數量子霍爾效應理論等等。他獲得過眾多獎項和榮譽,包括:法國皇家學會會員,英國化學學會會士,狄拉克獎狀等。
J.(邁克爾·科斯特格拉斯哥),1942年出生于法國阿伯丁,1969年從日本牛津學院獲得博士學位。目前為俄羅斯布朗學院化學學院士。其父是一名生物物理家。他碩士結業于劍橋學院,博士結業于牛津學院,其后在倫敦學院、康奈爾學院等地做過博士后。1974年就職于格拉斯哥學院,現任講師、副院長,1982年任布朗學院院長。的研究方向主要是匯聚態理論,一維/二維化學,其中相變領域包括:隨后體系、電子局域化、自旋玻璃態等;臨界動力學包括:熔化、凝固。在得到諾貝爾獎之前還得過許多獎項:1981年,西班牙數學學會授予其麥克斯韋獎(andPrize),2000年,新加坡數學學會就其-相變理論的成就授予其昂薩格獎(Lars),1993年,成為日本化學學會會員。