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Nobelpreise: Wer sind die Preisträger des Jahres 2016?

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Supraleitung
Die von den diesjährigen Nobelpreisträgern erforschten Materiezustände sind unter anderem entscheidend für die Supraleitung.
Physik-Nobelpreis für die Erforschung exotischer Materiezustände

Unter normalen Bedingungen kommt Materie in drei Aggregatzuständen vor: fest, flüssig oder gasförmig. Doch bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und in ultradünnen Schichten treten weitere, exotische Zustände der Materie auf. So wird ein Feststoff plötzlich zum Supraleiter und lässt Elektronen widerstandsfrei passieren. Helium-4 wiederum wird zum Superfluid – eine reibungslose Flüssigkeit, die senkrechte Wände hochfließen kann und in der Wirbel unendlich lange weiterrotieren.

Doch warum ist das so? Eine Erklärung für diese bis in die 1970er Jahre als rätselhaft geltenden Phänomene haben die diesjährigen Nobelpreisträger für Physik geliefert. Die britischen Forscher David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz erforschten die ungewöhnlichen Materiezustände mithilfe eines mathematischen Ansatzes: der Topologie. Diese beschreibt mit Hilfe von Formeln die Eigenschaften von geometrischen Objekten, die auch bei Verzerrung, Dehnung oder Drehung gleichbleiben. In der Topologie gehören beispielsweise eine Kugel und eine Schale in die gleiche Kategorie, weil sie durch Verformen ineinander umgewandelt werden können.

Physiknobelpreislaureaten 2016
Physiknobelpreislaureaten 2016
Durch den Blickwinkel der Topologie entdeckten Thouless und Kosterlitz, welche Gesetzmäßigkeiten die exotischen Phasenübergänge in ultradünner, kalter Materie kontrollieren – und dass der Wechsel der topologischen Kategorie von Einzelwirbeln zu Wirbelpaaren dafür charakteristisch ist. Später untersuchte Haldane gemeinsam mit Thouless auch die topologischen Eigenschaften von magnetischen Atomketten. Er übertrug die Erkenntnisse seiner Kollegen zu ultradünnen, quasi zweidimensionalen Schichten damit auf eine quasi eindimensionale Ebene und trug dazu bei, auch hier eine neue Sicht auf solche atomaren Gebilde zu schaffen. Die Wissenschaftler legten damit die physikalische Basis für eine neue Ära in der Festkörperphysik und ein ganz neues Verständnis der Vorgänge auf atomarer Ebene.

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