Prix Nobel de physique à ceux qui ont découvert les secrets de la matière exotique
La Fondation Nobel a annoncé que David J. Thoules, F. M. Duncan Haldane et J. Michael Kosterlitz sera le lauréat du Prix Nobel de physique 2016 pour avoir expliqué théoriquement les transitions de phase topologiques et les phases topologiques de la matière, clarifiant ainsi quelques phénomènes étranges de la matière plate.
Les trois lauréats ont expliqué par topologie certains phénomènes qui ont lieu dans des phases ou des situations anormales de la matière, comme les superconducteurs et les superflus. Kosterlitz et Thouless étudient les phénomènes qui se produisent dans les zones planes. Ces zones planes peuvent être des surfaces ou des couches très fines, considérées bidimensionnelles. Et Haldan a également étudié des fils très fins qui sont considérés unidimensionnels.
Les phénomènes physiques qui se produisent dans ces zones sont très différents de ceux qui se produisent dans le monde tridimensionnel traditionnel. Les chercheurs découvrent constamment de nouveaux phénomènes.
Les lauréats ont ouvert une fenêtre sur ce mystérieux monde bidimensionnel ou unidimensionnel. Et ils ont réussi à travers la topologie. La topologie est une branche des mathématiques qui étudie les structures. La topologie décrit les propriétés d'un objet qui est maintenu lors du serrage, du pliage, de l'étirage, etc. mais pas en le cassant. Les lauréats ont obtenu des résultats surprenants avec la topologie moderne.
Au début des années 1970, Kosterlitz et Thouless ont révolutionné une théorie qui jusqu'alors avait été acceptée: qu'en couches minces il ne pouvait se produire supraconductivité et superfluidité. La possible supraconductivité à basse température a été vérifiée et le mécanisme a été expliqué.
Et dans les années 80 Thouless et Haldan ont de nouveau révolutionné d'autres théories précédentes. Thouless a montré que la théorie quantique existante pour expliquer la conductivité des matériaux était insuffisante pour expliquer ce qui se passait à des températures basses et des champs magnétiques forts. Pour cela, il fallait une nouvelle théorie dans laquelle les concepts topologiques étaient nécessaires. L'effet Hall quantique est le phénomène que Thouless a décrit théoriquement.
À la même époque Haldane est venu à des conclusions similaires. Il a démontré que les concepts de topologie peuvent être utilisés pour comprendre les propriétés des chaînes d'atomes magnétiques. Ainsi, il a découvert le premier matériau topologique: chaînes d'atomes magnétiques paires.
Les chaînes d'atomes magnétiques paires et le fluide quantique Hall sont deux exemples des états topologiques de la matière. D'autres ont également été trouvés, non seulement dans des chaînes et des couches minces, mais aussi dans des matériaux tridimensionnels. On parle aujourd'hui d'isolants topologiques, de superconducteurs topologiques et de métaux topologiques dans la physique de pointe, car on pense que ces matériaux seront utiles pour le développement d'une nouvelle électronique, superconducteurs ou ordinateurs quantiques.
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