Årets fysikpris förklarar magnetiska fenomen

David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane och J. Michael Kosterlitz tilldelas Nobelpriset i fysik med motiveringen: ”för teoretiska upptäckter av topologiska fasövergångar och topologiska materiefaser”.

– Konceptet topologiska faser var ett helt nytt inslag med avseende på hur vi betraktar ordning i vår fysikaliska värld. Innan dess pratade vi om plasma, gas, vätska och fasta faser. Nu har vi en ny familjemedlem och släktträdet kan även vara ofullbordat med den nya släktingen, säger Björgvin Hjörvarsson, professor i materialfysik och ledamot i Kungl. Vetenskapsakademien i fysikklassen.

Egenskaper som inte förändras

Topologi beskriver egenskaper som inte förändras då objekt deformeras, dras ut eller vrids. Om ett föremål slits itu förändras dock topologin. Upptäckten har gett en djupare teoretisk förståelse av materien och beskriver egenskaper som förändras stegvis.

​– Med topologiska faser menas oftast ett tillstånd som har ett gap i excitationsspektrumet, det vill säga det krävs en minimienergi för att skapa ett exciterat tillstånd, kopplat till att man har ett topologiskt kvanttal. Även om det senare är något abstrakt kan det tänkas beskriva hur något har en inre struktur. Ett exempel är hur många varv degen i en kanelbulle har rullats, eller hur många hål det finns – ett för en munk och kopp, två för en pretzel, säger Olle Eriksson, professor i teoretisk magnetism och ledamot i Kungl. Vetenskapsakademien i fysikklassen.

Forskning om magnetiska fenomen

Upptäckten, som Thouless, Haldane och Kosterlitz tilldelas Nobelpriset i fysik för, är viktig för beskrivningen av komplexa magnetiska fenomen, där Uppsala universitet har pågående forskning. Bland annat studeras så kallade excitationer i magnetiska material (se faktarutan). En del av dessa excitationer, så kallade skyrmioner, är topologiska och studeras vid institutionen för fysik och astronomi. Inom det här området kommer en avhandling, av doktoranden Kristofer Björnson, i december 2016 och Annica Black-Schaffer forskar också inom området.

– Att få ett Nobelpris så nära verksamheten kommer att sporra alla involverade och också öka intresset från externa aktörer för vad vi gör, säger Björgvin Hjörvarsson.

Nobelpristagarnas upptäckter har lett till ett flertal genombrott i den teoretiska förståelsen av materiens hemligheter. Dessutom har det öppnat nya forskningsområden som förhoppningsvis är av betydelse för framtida utveckling av nya material, såsom nya generationer av elektronik och supraledare, eller framtida kvantdatorer.

– De klaraste tillämpningarna man kan förvänta sig är nog i förlängningen, energisnålare och snabbare elektronik och bättre media för informationslagring, säger Olle Eriksson.

– Framtiden är svår att uttala sig om, men ifall vi betraktar detta i ett historiskt perspektiv så kan det sägas att allt det som vi kopplar till det moderna samhället har sina rötter i framsteg inom material. Med andra ord, det kan vara svårt att säga inom vilka områden denna insikt kommer till störst nytta, men, det vi kan vara säkra på är att detta kommer att vara en viktig del av vår framtid, säger Björgvin Hjörvarsson.

Fakta

• Prissumman var på åtta miljoner svenska kronor, där ena hälften gick till David Thouless och den andra hälften till Duncan Haldane och Michael Kosterlitz.

• Excitationer i magnetiska material kan visualiseras som vågor av magnetiseringsriktningen. Tänk dig en sträng av pyttesmå magneter som alla pekar åt ett och samma håll. Excitation i denna bild motsvarar vågor av riktningsändringar hos spinn i kedjan.

Läs mer

Seminarium om topologiska material den 26 oktober 2016

Annica Black-Schaffers forskning

KVAs pressmeddelande 2016 års Nobelpris i fysik

Camilla Thulin