Physik-Nobelpreis 2016 Auszeichnung für die Erklärung von ungewöhnlichen Materialien

Der Nobelpreis ist mit 8 Millionen Schwedischen Kronen (ca. 830.000 Euro) dotiert. Eine Hälfte davon bekommt David Thouless (links), jeweils ein Viertel bekommen Duncan Haldane (mitte) und Michael Kosterlitz (rechts).
Der Nobelpreis ist mit 8 Millionen Schwedischen Kronen (ca. 830.000 Euro) dotiert. Eine Hälfte davon bekommt David Thouless (links), jeweils ein Viertel bekommen Duncan Haldane (mitte) und Michael Kosterlitz (rechts).

Der Physik-Nobelpreis 2016 geht an David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz für ihre Arbeiten mit topologischen Phasenübergängen. Diese treten in ungewöhnlichen Materialien wie Supraleitern oder dünnen magnetischen Filmen auf und versprechen neue Möglichkeiten für die Elektronik.

David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz bekommen den Nobelpreis für Physik 2016 für »theoretische Entdeckungen von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen von Materie«.

Topologie ist ein Zweig der Mathematik, der Eigenschaften beschreibt, die sich nur Schrittweise verändern. In dem sie topologische Methoden in der Physik anwendeten, konnten Michael Kosterlitz und David Thouless in den frühen 1970er Jahren die damalige Theorie widerlegen, dass Supraleitung und Suprafluidität nicht in dünnen Schichten auftreten können. Sie konnten auch den Mechanismus (Phasenübergang) erklären, der Supraleitung bei höheren Temperaturen verschwinden lässt.

In den 1980er konnte Thouless ein vorheriges Experiment mit sehr dünnen elektrisch leitenden Schichten erklären, in dem sich die Leitfähigkeit nur in ganzzahligen Schritten änderte. Er zeigte, dass diese Schritte von topologischer Natur waren. In derselben Zeit entdeckte Duncan Haldane, wie topologische Konzepte benutzt werden können, um die Eigenschaften von Ketten von kleinen Magneten zu verstehen, die in manchen Materialien gefunden wurden.

Heute sind viele topologische Phasen bekannt, nicht nur in dünnen Schichten und Fäden, sondern auch in gewöhnlichen dreidimensionalen Materialien. Die Grundlagenforschung in der Festkörperphysik wurde im letzten Jahrzehnt stark von diesem Thema beeinflusst. Nicht zuletzt, weil topologische Materialien Anwendungen in neuen Generationen von Elektronik und Supraleitung oder in Quantencomputern versprechen.