Британські вчені Девід Таулесс, Дункан Холдейн і Майкл Костерлиц отримали в цьому році Нобелівську премію з фізики «за теоретичні відкриття топологічних фазових переходів і топологічних фаз речовини». Згадка «теоретичних відкриттів» наводить на думку, що їхня робота не знайшла або не знайде практичного застосування і не вплине на наше життя. Але вірно якраз протилежне.
Щоб зрозуміти потенціал, потрібно зрозуміти теорію. Більшість людей знають, що в центрі атома його ядро, а навколо нього обертаються електрони. Їх орбіти відповідають різним рівням енергії. Коли атоми збираються в речовину, всі рівні енергії кожного атома з’єднуються в зони електронів. Ці енергетичні зони вміщають певне число електронів. І між усіма зонами є прогалини, в яких електрони текти не можуть. Детальніше на сайті: http://territoriapoleta.ru/
Якщо застосувати електричний заряд (потік додаткових електронів) до матеріалу, його провідність буде визначатися тим, чи є в самій високоенергетичної зоні місце для зайвих електронів. Якщо це місце є, матеріал буде вести себе як провідник. Якщо немає, потрібна додаткова енергія, щоб підштовхнути потік електронів в нову порожню зону. Тоді матеріал буде діелектриком. Розуміння провідності має важливе значення для електроніки, оскільки електронні продукти цілком залежать від компонентів, які представляють собою провідники, напівпровідники і діелектрики.
У 1970-х і 80-х роках Таулесс, Холдейн і Костерлиц, а також інші теоретики почали підозрювати, що деякі матеріали порушують це правило. Замість того щоб мати пропуск між зонами, в якому електрони не можуть текти, вони мають спеціальний енергетичний рівень між зонами, де відбуваються дивні й несподівані речі.
Це властивість існує лише на поверхні або на кромці таких матеріалів. Воно також залежить в деякій мірі від форми матеріалу – топології, як кажуть фізики. Воно проявляється однаково для сфери або яйця, наприклад, але буде зовсім іншим з тором через дірки в середині. Перші вимірювання такого роду поведінки були зроблені з струмом, поточним уздовж кордону плоского листа.
Обчислювальна сила
Властивості таких топологічних матеріалів можуть виявитися надзвичайно корисними.Електричні струми можуть рухатися без опору по їх поверхнях, наприклад, навіть якщо пристрій злегка пошкоджено. Надпровідники вже роблять це без топологічних властивостей, але працюють тільки при дуже низьких температурах – і значить, доведеться витрачати багато енергії для підтримки їх в холодному стані. Топологічні матеріали мають потенціал робити ту ж роботу при більш високих температурах.
Це має важливе значення для обчислювальної техніки: велика частина енергії, яку в даний час використовує комп’ютер, йде на роботу вентиляторів, які відводять тепло, вироблене електричним опором в схемах. Усуньте цю проблему з теплом – і ви теоретично зробите пристрій набагато більш ефективним. Це може значно скоротити обсяг викидів вуглекислого газу, наприклад. Також можуть з’явитися батареї з набагато більшим терміном роботи. Вчені вже експериментують з топологічними матеріалами на кшталт телуриду кадмію і телуриду ртуті, намагаючись втілити все це в життя.
Є також потенціал для великого прориву в області квантових обчислень. Класичні комп’ютери кодують інформацію, подаючи або не подаючи напругу на чіп. Комп’ютер зчитує це як 0 або 1 відповідно на кожен «біт» інформації. Ви збираєте ці біти разом і перетворюєте в більш складну інформацію. Так працює двійкова система.
