A jövő elektronikai eszközei, különösen a kvantumszámítógép miatt különösen fontosak az idei fizikai Nobel-díjasok anyagkutatással kapcsolatos eredményei – mondta Legeza Örs fizikus.
A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Wigner Fizikai Kutatóközpontjának munkatársa hangsúlyozta, hogy Duncan Haldane, Michael Kosterlitz és David Thouless az anyagok olyan új állapotainak kutatásai felé nyitották meg az utat, amelyek korábban ismeretlenek voltak.
Munkásságuknak köszönhetően a mai modern fizika fókuszában áll az új, egzotikus – úgynevezett topologikus – fázisok kutatása, és ezektől reméli a szakma a jövőben újgenerációs elektronikai eszközök, szupravezetők, illetve a kvantumos számítógépek gyakorlati megvalósítását. (A topologikus tulajdonságok azok, amelyek sértetlenek maradnak szakadásmentes széthúzás, csavarás és deformáció során, illetve csak egész számok többszöröseként, ugrásszerűen, azaz nem folytonosan tudnak változni.)
Az a világ, amelyet szobahőmérsékleten látunk, amely körülvesz minket, egy olyan világ, amelynek a valódi kvantumos tulajdonságát elfedi a hőmérséklet. Azaz nem látjuk, hogy a világban semmi sem folytonosan, hanem minden ugrásszerűen (kvantumosan) változik. Ez akkor válik láthatóvá, amikor nagyon alacsony hőmérsékletre hűtünk valamit. Ezt kísérleti berendezésekkel tudjuk elérni
– mondta Legeza Örs.
Alacsony hőmérsékleten másképp viselkedik az anyag, olyan tulajdonságai vannak, amelyeket
szeretnénk kihasználni a minket körülvevő világ szobahőmérsékleti szintjén is, illetve az egyre kisebb méretskálákon megvalósuló – például számítógépes – eszközök esetében is.
Mindenki azon dolgozik a fizikában, hogy ezeket a folyamatokat minél magasabb hőmérsékleten is meg tudják valósítani, illetve stabilak maradjanak.
A számítógépes iparban például mindent egyre kisebb méretskálán próbálnak megvalósítani, minden egyre kisebb. De elértük azt a méretskálát, amikor a klasszikus fizika már nem használható, és a kvantumos világ tulajdonságait kell figyelembe venni.
Amit a három tudós vizsgált, az pont az anyagnak az úgynevezett egzotikus viselkedése, fázisai, ami teljes mértékben kvantumfizikai és topologikus eredetű.
Arra a felvetésre, hogy évtizedekkel ezelőtti elméleti kutatásokért ítélték oda a Nobel-díjat, Legeza Örs azt válaszolta: az alapkutatásokra sokan mondják, hogy „porosodó iratokat gyártó munka”, viszont sosem lehet tudni, hogy mikor valósul meg egy olyan kísérleti eszköz, amely életre kelti az elméleti kutatásokat.
A díjazottak esetében is ez történt: a David Thouless által megjósolt viselkedés 1980-ban kvantumos Hall-effektus néven vált ismertté, míg Duncan Haldane olyan rácsok vizsgálatával foglalkozott, melyeket napjainkban az úgynevezett ultrahidegatom-kísérletekkel létre tudnak hozni. Ez utóbbi esetben nagyon hideg hőmérsékleten az atomokat le tudják úgy hűteni és lokalizálni egy lézernyaláb segítségével, hogy optikai rácsokat alkossanak.
