Co Nagroda Nobla z fizyki ma wspólnego z Rzeszowem?

David Thouless, Duncan Haldane i Michael Kosterlitz za „teoretyczne odkrycia w dziedzinie topologicznych przejść fazowych oraz topologicznych faz materii" otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Czy to wydarzenie ma coś wspólnego z Rzeszowem? Okazuje się, że ma… a przy okazji, że teoria znajduje potwierdzenie w praktyce.

Teoretyczne prace tegorocznych laureatów pozwoliły odkryć zupełnie nowe zasady zachowania materii, które da się opisać dzięki matematycznej koncepcji topologii – tłumaczy prof. Nils Martensson, przewodniczący Komitetu Noblowskiego. Okazało się, i to całkiem niedawno, że rzeczywiście,  przewodnictwo elektryczne ciał krystalicznych zależy nie tylko od ułożenia atomów, bowiem istnieje cała klasa materiałów, które no to ułożenie jest nieczułe. „Możemy materiał odkształcać, a jego właściwości się nie zmienią”- tak skomentował niedawno  w PAP przyznanie Nagrody Nobla fizykom prof. dr hab. Tomasz Dietl (członek PAN).  Tego rodzaju materiały można też nagrzewać, a jego własności pozostaną niezmienne.

Izolatory topologiczne to materiały, które mogą działać jako izolatory oraz przewodniki. W przyszłości mogą świetnie sprawdzać się w elektronice.

Taki właśnie materiał, dzięki zakupionej niedawno technologii -MBE, stworzono  w Centrum Mikroelektroniki i Nanotechnologii (CMiN) Uniwersytetu Rzeszowskiego. Jest to tzw. izolator topologiczny. Po raz pierwszy na świecie w laboratoriach CMiN w Rzeszowie zaobserwowano niezwykłą stabilność temperaturową parametrów transportowych nośników prądu elektrycznego w warstwach HgCdTe (tellurek kadmowo rtęciowy). Wyniki tych badań opublikowano w maju br. w prestiżowym amerykańskim czasopiśmie Physical Review B „High temperature stability of electron transport in semiconductors with strong spin-orbital interaction”, którego autorami są: G. Tomaka, J. Grendysa, P. Śliż, R. Wojnarowska, J. Polit, A. Stadler, C. Becker i E.M. Sheregii. Efekt tej niezwykłej stabilności został wyjaśniony właśnie przez obecność fazy topologicznej, która jest odporna na rozproszenia i odkształcenia. Powstanie tej niezwykłej warstwy o zaskakujących parametrach były przewidziane przez tegorocznych Noblistów wiele lat temu.

Centrum Mikroelektroniki i Nanotechnologii jest trzecim laboratorium świata, (po Uniwersytecie w Wurzburgu (Niemcy) i Instytutem półprzewodników w Nowosybirsku (Rosja)) prowadzącym praktyczne badania z tego obszaru. CMiN będzie uczestniczyło w programie badań nad izolatorami topologicznymi razem z Instytutem Fizyki PAN w Warszawie oraz z Uniwersytetem w Wurzburgu w ramach nowo powołanej Instytucji – Międzynarodowej Agencji Badawczej.

Maciej Ulita