Stoffets sære egenskaber giver Nobelprisen i fysik
Årets Nobelpris i fysik går til tre britiske faststof-fysikere, der har opdaget helt nye, kvantemekaniske egenskaber ved materialer.
Topologisk isolator

I teorien kan et 2D-materiale af tin og fluor lede strøm uden energitab, også ved høje temperaturer.  Strømmen kan kun løbe i kanterne. (Illustration: Y. Xu/Tsinghua University og G. Stewart/SLAC) 

I teorien kan et 2D-materiale af tin og fluor lede strøm uden energitab, også ved høje temperaturer.  Strømmen kan kun løbe i kanterne. (Illustration: Y. Xu/Tsinghua University og G. Stewart/SLAC) 

Nobelpriskomiteen har besluttet at give årets Nobelpris i fysik til tre fysikere, der har gjort teoretiske opdagelser inden for faststof-fysik.

Skotsk-amerikaneren David Thouless, englænderen F. Duncan Haldane og J. Michael Kosterlitz fra Skotland får prisen for deres arbejde med topologiske faseovergange og forskellige topologiske stoftilstande.

»Prisen er givet for opdagelsen af en ny type tilstand af stof. Nobelprismodtagerne startede en revolution i fysikken,« fortæller professor Karsten Flensberg, der er professor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

»Førhen snakkede man om termodynamiske størrelser som væsker, gasser og faste stoffer, men her er der tale om en anden slags overgange mellem tilstande, som man for eksempel ikke kan se i midten af stoffet, men måske kun på kanterne af det.«

Prisen er på otte millioner svenske kroner, svarende til 6,2 millioner danske kroner. David Thouless får de fire millioner svenske kroner, mens Duncan Haldane og Michael Kosterlitz får to millioner hver.

Stof opfører sig underligt

Overraskende modtagere

Nobelpriskomiteen har det med at overraske, og denne gang var ingen undtagelse. De fleste havde regnet med, at årets Nobelpris i fysik skulle gå til folkene bag opdagelsen af tyngdebølger, men sådan skulle det altså ikke være. 

Topologi har at gøre med den matematik, der beskriver geometriske former, og groft sagt har forskerne undersøgt, hvordan stof opfører sig forskelligt alt efter atomernes placering, der påvirker deres kvantemekaniske vekselvirkninger.

I 1970'erne og 1980'erne brugte forskerne avanceret matematik og kvantemekanik til at studere usædvanlige tilstande, som stof kan forekomme i.

Stoffet opfører sig for eksempel ganske besynderligt i superledere, som leder elektrisk strøm uden modstand, og i superflydende væsker, som strømmer uden gnidning, og det er sådan nogle fænomener, de tre fysikere har undersøgt teoretisk.

Danske forskere er i fuld gang

Det er en viden, der kan føre til helt nye og mere effektive former for elektronik. Ikke mindst forskes der på livet løs i en klasse af materialer, der kaldes topologiske isolatorer.

Det er materialer, der er isolatorer og altså ikke kan lede elektrisk strøm, på nær i overfladen eller i kanterne, hvor de er perfekte elektriske ledere.

Sådan nogle materialer kan måske bruges til computere, hvor det ikke er elektriske ladninger, der bærer informationerne, men i stedet elektronernes spin eller deres energitilstand.

I stedet for elektronik kan vi få spintronik eller valleytronik, som giver hurtigere og mere kompakte computerkredsløb. Det forskes der i på Aarhus Universitet, hvilket professor professor Philip Hofmann fra Institut for Fysik og Astronomi fortæller om i artiklen Atomtyndt tinfolie kan blive nyt supermateriale.

Da vi ringer til Philip Hofmann for at høre, hvad han tænker om årets Nobelpris i fysik, er han da også til konference om topologiske isolatorer i Tyskland. Derfor når han kun at sige »Det lyder da godt!«, før han må haste videre.

Kvantecomputer kan bruge principperne

Kvantecomputer

På Københavns Universitet forsøger forskerne at bygge en kvantecomputer ved hjælp af en topologisk superleder. Her står ph.d.-studerende Sven Albrecht (tv) og professor Charles Marcus foran det eksperimentelle udstyr. (Foto: O. Joensen, NBI)

Også på Københavns Universitet foregår der forskning, der bygger videre på nobelprismodtagernes arbejde. På Center For Quantum Devices under Niels Bohr Institutet bruger forskere som Karsten Flensberg for eksempel en topologisk superleder i forsøget på at bygge en kvantecomputer. 

Det kan man læse mere om i artiklen Niels Bohr-forskere tager solidt skridt mod en kvantecomputer.

»Nobelprisen er ikke givet for topologiske isolatorer eller for topologiske superledere, men for det oprindelige arbejde, hvor topologiske faser kom på landkortet.«

»Det har så udviklet sig siden, og i dag bruges teorierne mest i forbindelse med faste stoffers elektriske egenskaber – hvordan elektroner bevæger sig i krystaller,« siger Karsten Flensberg.

Uden det teoretiske forarbejde fra Thouless, Haldane og Kosterlitz var forskerne på Københavns Universitet ikke nået så langt, fortsætter han:

»Forståelsen af de kvantesystemer, vi arbejder med, stammer fra nobelprismodtagernes arbejde. Vores arbejde står så at sige på skuldrene af deres.«

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.