Nobelpris för supraledande ytor och framtidens snabba datorer

5:46 min

De brittiska forskarna David Thuless, Duncan Haldane och Michael Kosterlitz delar årets fysikpris. De belönas för sina teoretiska beskrivningar av olika faser i tunna materialskikt. 

– Jag ska fira, ta några öl och låta det här sjunka in, sa en lycklig och överraskad Michael Kosterlitz som befann sig i ett parkeringshus när Vetenskapsradion ringde vid lunchtid.

De tre pristagarna belönas för att de beskrivit tidigare okända kvantmekaniska faser och fasövergångar i ytor och tunna skikt.

Kvantfaser uppstår vid väldigt låga temperaturer. I den vardagliga världen känner vi till faserna gas, vätska och fast fas. En normal fasövergång är exempelvis is som smälter och blir vatten, alltså från fast form till vätska, eller vatten som kokar och blir till ånga, alltså en gas.

Men vid riktigt låga temperaturer är det materiens kvantmekaniska egenskaper som styr och en övergång mellan olika kvantfaser handlar om helt andra saker. Till exempel kan det innebära en fördubbling i ett materials strömledningsförmåga.

Nobelpristagarna har tittat på hur just ytor och tunna skikt beter sig vid mycket låga temperaturer, både i flytande och fast form.

De har bland annat kunnat förklara hur tunna skikt kan vara supraledande, alltså leda ström helt utan motstånd, och hur de kvantfas-övergångar ser ut som för med sig att materialet plötsligt slutar vara supraledande. De har också visat hur tunna filmer av vätska kan bli supraflytande, det vill säga flyta utan friktion.

Det årets Nobelpristagare belönas för är att de använt en särskild matematisk metod för att beskriva och hitta de här tillstånden, nämligen topologi. Topologi är en matematisk metod för att beskriva något som förändras gradvis, men där vissa egenskaper tar plötsliga språng.

Den enklaste bilden är att tänka sig en degklump. Den kan plattas till och dras ut, men inte förrän det blir ett hål i den har den antagit en ny topologisk fas. Och när det blir ytterligare ett hål så har den gått in i en tredje topologisk fas.

På samma sätt kan till exempel ett material gradvis förändras till dess att strömledningsförmågan plötsligt fördubblas när materialet går in i en ny topologisk kvantfas.

Nobelpristagarnas forskning med tillämpning på ytstrukturer och tunna filmer med en viss tjocklek, har redan haft stor betydelse.

– Ett stort forskningsfält växer fram just om elektrontillstånd vid ytor, hur ytor leder elektrisk ström på ett helt annat sätt än vad det inre i ett material kan göra, säger Olle Eriksson, professor i teoretisk magnetism vid Uppsala universitet.

Förhoppningen är att topologiska material ska kunna användas i den nya generationens elektronik, snabbare datorer, kvantdatorer och annan IT. 

David Thuless, Duncan Haldane och Michael Kosterlitz är verksamma vid olika universitet i USA. De känner varandra sedan tidigare. 

– Jag har varit nominerad tidigare, men trodde inte jag skulle få Nobelpriset för min forskning. Det är väldigt överraskande att få vara med och dela priset, säger Michael Kosterlitz till Vetenskapsradion.