ИДЕИ НОБЕЛЕВСКИХ ЛАУРЕАТОВ ПО ФИЗИКЕ МОГУТ ПЕРЕВЕРНУТЬ МИР ТЕХНОЛОГИЙ

ИДЕИ НОБЕЛЕВСКИХ ЛАУРЕАТОВ ПО ФИЗИКЕ МОГУТ ПЕРЕВЕРНУТЬ МИР ТЕХНОЛОГИЙ









Британские ученые Дэвид Таулесс, Дункан Холдейн и Майкл Костерлиц получили в этом году Нобелевскую премию по физике «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества». Упоминание «теоретических открытий» наводит на мысль, что их работа не нашла или не найдет практического применения и не повлияет на нашу жизнь. Но верно как раз обратное.


Чтобы понять потенциал, нужно понять теорию. Большинство людей знают, что в центре атома его ядро, а вокруг него вращаются электроны. Их орбиты соответствуют разным уровням энергии. Когда атомы собираются в вещество, все уровни энергии каждого атома соединяются в зоны электронов. Эти энергетические зоны вмещают определенное число электронов. И между всеми зонами имеются пробелы, в которых электроны течь не могут.

Если применить электрический заряд (поток дополнительных электронов) к материалу, его проводимость будет определяться тем, есть ли в самой высокоэнергетической зоне место для лишних электронов. Если это место есть, материал будет вести себя как проводник. Если нет, потребуется дополнительная энергия, чтобы подтолкнуть поток электронов в новую пустую зону. Тогда материал будет диэлектриком. Понимание проводимости имеет важное значение для электроники, поскольку электронные продукты целиком зависят от компонентов, которые представляют собой проводники, полупроводники и диэлектрики.

В 1970-х и 80-х годах Таулесс, Холдейн и Костерлиц, а также другие теоретики начали подозревать, что некоторые материалы нарушают это правило. Вместо того чтобы иметь пробел между зонами, в котором электроны не могут течь, они имеют специальный энергетический уровень между зонами, где происходят странные и неожиданные вещи.

Это свойство существует лишь на поверхности или на кромке таких материалов. Оно также зависит в некоторой степени от формы материала — топологии, как говорят физики. Оно проявляется одинаково для сферы или яйца, например, но будет совсем другим с тором из-за дырки в середине. Первые измерения такого рода поведения были сделаны с током, текущим вдоль границы плоского листа.

Вычислительная сила
Свойства таких топологических материалов могут оказаться чрезвычайно полезными. Электрические токи могут двигаться без сопротивления по их поверхностям, например, даже если устройство слегка повреждено. Сверхпроводники уже делают это без топологических свойств, но работают только при очень низких температурах — и значит, придется тратить много энергии для поддержания их в холодном состоянии. Топологические материалы имеют потенциал делать ту же работу при более высоких температурах.

Это имеет важное значение для вычислительной техники: большая часть энергии, которую в настоящее время использует компьютер, уходит на работу вентиляторов, которые отводят тепло, вырабатываемое электрическим сопротивлением в схемах. Устраните эту проблему с теплом — и вы теоретически сделаете устройство намного более эффективным. Это может значительно сократить объем выбросов углекислого газа, например. Также могут появиться батареи с гораздо большим сроком работы. Ученые уже экспериментируют с топологическими материалами вроде теллурида кадмия и теллурида ртути, пытаясь воплотить все это в жизнь.

Есть также потенциал для крупного прорыва в области квантовых вычислений. Классические компьютеры кодируют информацию, подавая или не подавая напряжение на чип. Компьютер считывает это как 0 или 1 соответственно на каждый «бит» информации. Вы собираете эти биты вместе и превращаете в более сложную информацию. Так работает двоичная система.
Добавить комментарий

Оставить комментарий

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив