Der Preis wird am 10. Dezember, am Todestag Nobels, verliehen

Physik-Nobelpreis für Erforschung exotischer Materiezustände

Dienstag, 04. Oktober 2016 | 15:48 Uhr

Für ihre theoretischen Arbeiten aus den 1970er- und 1980er-Jahren, mit denen sich exotische Materiezustände erklären lassen, erhalten die drei in Großbritannien geborenen, in den USA tätigen theoretischen Physiker David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz den diesjährigen Physik-Nobelpreis. Sie hätten damit “die Tür in eine bisher verborgene Welt geöffnet”, heißt es in der Begründung.

Wie die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm bekannt gab, erhält Thouless eine Hälfte des Preises, die andere Hälfte teilen sich Haldane und Kosterlitz. Die Auszeichnung ist heuer mit acht Millionen schwedischen Kronen (830.000 Euro) dotiert und wird am 10. Dezember, am Todestag des 1896 gestorbenen Preisstifters, verliehen.

Im Mittelpunkt der Arbeit der drei Laureaten, die alle an der Universität Cambridge studiert haben, steht ein fundamentales Teilgebiet der Mathematik, die sogenannte Topologie. Damit kann man physikalische Eigenschaften von Materialien erforschen, die in ihrer Grundstruktur auch unter Verformungen unverändert bleiben.

Mit Hilfe der Topologie konnten der 1942 in Aberdeen geborene Kosterlitz von der Brown University (US-Bundesstaat Rhode Island) und der 1934 in Bearsden (Schottland) geborene Thouless von der University of Washington in Seattle Anfang der 1970er-Jahre zeigen, dass entgegen der bis dahin geltenden Theorie Supraleitung, also der völlig verlustfreie Transport von Strom, auch in dünnen Schichten möglich ist.

Ein völlig neues Verständnis erreichten Kosterlitz und Thouless auch darüber, wie Phasenübergänge in dünnen Schichten vor sich gehen. Das Nobelkomitee bezeichnete diesen Kosterlitz-Thouless-Übergang (KT-Übergang) als “eine der bedeutendsten Entdeckungen in der Festkörperphysik des 20. Jahrhunderts”, die universell sei und bei verschiedenen zweidimensionalen Materialien beobachtet werden kann.

Thouless und der 1951 in London geborene Haldane von der Princeton University (USA) legten zudem in den 1980er-Jahren neue Theorien vor, die im Widerspruch zu bis dahin geltenden Annahmen standen, welche Materialien Strom leiten, speziell bei sehr niedrigen Temperaturen und in starken Magnetfeldern. Auch hier spielten topologische Konzepte eine entscheidende Rolle. In der Folge übertrug Haldane die Erkenntnisse auch auf Ketten magnetischer Atome und damit von zwei- auf eindimensionale Strukturen.

Mit Hilfe der Topologie konnte Thouless auch den Quanten-Hall-Effekt theoretisch beschreiben. Dieser tritt in Halbleitern bei sehr tiefen Temperaturen und in starken Magnetfeldern auf, die elektrische Spannung wächst dabei nicht gleichmäßig, sondern sprunghaft.

Dank der Arbeit der drei Physiker sei “die Jagd auf neue und exotische Materiezustände eröffnet”, schreibt das Nobelpreiskomitee, das auch Hoffnung für künftige Anwendungen in Materialwissenschaften und Elektronik sieht.

Von: apa