全息科普网·科普e站
返回首页

中国科学家首将拓扑概念引入物理学研究

时间:2017-06-16 16:14来源:未知 作者:张雪
 在拓扑研究领域,我国科学家也有不少值得称道的工作,一些研究还处于国际拓扑研究领域的前沿。...

  2016诺贝尔物理学奖项公布,诺贝尔物理学奖授予戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,以表彰他们在物质的拓扑相变和拓扑相方面的理论发现。中国科学家在此领域达到了什么程度?

  其实在理论预言的基础上,我国科学家将TaAs中的外尔费米子行为首次展现到世人面前。
  评选委员会表示,戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨将拓扑概念应用于物理研究,是他们取得成就的关键。
 



诺贝尔物理学奖获得者邓肯·霍尔丹。
 

  “拓扑”是什么?
  拓扑本身是一个数学概念,描述的是几何体在连续弹性形变(不撕破,不截断)下能够保持不变的性质。“比如,一块面团无论怎么揉搓,它的外表面上的孔洞数是0。而如果撕破它,重新粘连,就可以做成面包圈,面包圈的外表面就形成了1个孔洞。这个孔洞的数目就是面团或面包圈在连续弹性形变下保持不变的量,是区分这两个几何体的拓扑不变量,即拓扑数。” 中科院物理所研究员翁红明说。
  不同的物质形态称之为物质的不同“相”或物态。相变,也就是物质“变脸”的过程,即从一种相变换到另一种相的过程。比如水随着温度变化而在固、液、气三态之间的转化实际上就是相变的过程。相变过程通常伴随物质性质、性能的改变。物质的“拓扑性质”发生了变化,称之为“拓扑相变”。拓扑相变伴随的是拓扑数的变化。
  但是,如果物质变得极薄,物质的相还在吗?评选委员会介绍说,平面中的物理现象和我们认知的周围世界是截然不同的,甚至分布非常稀疏的物质中也包含了数百万个原子,每个原子的行为都可以用量子物理学来解释,而很多原子结合的时候却显示完全不同的属性。3位获奖者的研究成果正是揭示了拓扑性质在量子物态和量子相变中的决定性影响。
  科斯特利茨和索利斯的研究集中在一个平面世界中的“怪现象”,相比于通常描述的三维世界,他们发现极薄层的表面或内部可以被认为是二维的,那里一种被称为“超流体到正常流体的相变”,主要决定因素与人们以往的认识完全不同。霍尔丹发现可以利用拓扑概念来解释一些材料中存在的小磁铁链的特性。他发现,原子磁性的不同使这些链条呈现出完全不同的属性。霍尔丹还在量子霍尔效应方面做了许多开创性工作。
  正如瑞典皇家科学院所说,今年的获奖研究成果开启了一个未知世界的领域。得益于这3位获奖者开创性的研究,科学家们现在可以继续探索物质的新相变。研究人员认为,拓扑材料将在未来的电子和超导体以及量子计算机研发中得到应用。
  在拓扑研究领域,我国科学家也有不少值得称道的工作,一些研究还处于国际拓扑研究领域的前沿。
  翁红明介绍,早在2009年,中科院物理研究所方忠、戴希等与华人科学家张首晟合作,理论预言了目前最为广泛研究的拓扑绝缘体材料Bi2Se3家族。2014年底,中科院物理所方忠、戴希、翁红明研究团队,理论预言TaAs晶体是非磁性的外尔半金属。在他们的推动下,2015年,中科院物理所的陈根富小组制备出高质量样品,丁洪、钱天小组使用上海光源“梦之线”观测到了TaAs中的外尔费米子行为,这是该类特殊的电子第一次展现在世人面前。外尔半金属是拓扑半金属研究的一个重要方向。该研究成果被英国物理学会主办的《物理世界》评为“2015年度十大突破之一”,同时也被美国物理学会的《物理》评为“2015年度八大亮点工作”之一。


分享到: 更多

(责任编辑:苗恒)

(声明:来源全息网的所有文字、图片和音视频资料,版权均属全息网所有。凡经本网协议授权的媒体、网站,在使用时必须注明“稿件来源:全息网”。本站部分内容来自网络,来源或作者标注难免有疏漏之处,如有异议,请联系本站,本站予以更改或删除。)

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
用户名:密码: 验证码:点击我更换图片
推荐内容

关于我们 | 服务条款 | 广告服务 | 商务洽谈 | 客服中心 | 网站地图 | 客户留言



Copyright 2009-2010 QUANXI Corporation, All Rights Reserved 豫ICP备10004815号