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Physik-Nobelpreis für Grundlagenforschung zu exotischen Materiezuständen

Weil sie unter Rückgriff auf Methoden der höheren Mathematik ungewöhnliche Phasen oder Zustände von Materie untersucht und erklärt haben, werden drei US-Forscher mit dem diesjährigen Physik-Nobelpreis ausgezeichnet.

Physik-Nobelpreis für Grundlagenforschung zu exotischen Materiezuständen

Die Forscher beschrieben topologische Phasenübergänge in dünnen Schichten sehr kalter Materie: Dort können sich zusammenhängende Wirbel bilden, die während eines Phasenübergangs getrennt werden.

Der Physik-Nobelpreis 2016 geht an die in den USA forschenden Briten David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz für ihre "theoretischen Entdeckungen topologischer Phasenübergänge und topologischer Materiephasen". Wie Göran Hansson, der Präsident der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm mitteilte, geht der Preis zur einen Hälfte an Thouless und zur anderen an Haldane und Kosterlitz.

Wie die Akademie erläutert, nutzten die drei Wissenschaftler Methoden der höheren Mathematik, um ungewöhnliche Materiezustände zu erforschen, wie sie etwa in Supraleitern, Supraflüssigkeiten oder dünnen magnetischen Schichten beobachtet werden. Dank ihres Rückgriffs auf mathematische Topologie hatten Kosterlitz und Thouless in den frühen 1970er-Jahren damals geltende Theorien zur Supraleitung und Suprafluidität widerlegt.

Sie haben demnach unter anderem dargelegt, dass Supraleitung bei niedrigen Temperaturen auftreten kann und Mechanismen erläutert, die sie bei höheren Temperaturen verschwinden lässt. Haldane wiederum habe die Topologie genutzt, um Ketten kleiner Magnete zu erklären, die in manchen Materialien auftreten.

In den vergangenen zehn Jahren seien diese theoretischen Grundlagen für Grundlagenforschung genutzt worden, nicht zuletzt, weil topologische Materialien künftig in Elektronik und Supraleitern eingesetzt werden könnten.

Große Hoffnungen setzen Quantenforscher beispielsweise auf so genannte "topologische Isolatoren", in denen "topologisch geschützte" Quantenzustände existieren sollen. Solche Quantenzustände wären sehr viel robuster gegenüber äußeren Störungen und ließen sich damit für Quantencomputer einsetzen – unter anderem forscht auch Microsoft an diesem Konzept.

Der Physik-Nobelpreis wird jedes Jahr von der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften vergeben. Wie die anderen Nobelpreise ist er mit 8 Millionen Schwedischen Kronen dotiert (rund 830.000 Euro). Verliehen werden sie am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel, in Stockholm beziehungsweise Oslo (Friedensnobelpreis).

Bereits vergebene Nobelpreise:

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