Bộ ba nhà khoa học David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz đã được đồng trao giải thưởng Nobel Vật Lý 2016 cho công trình nghiên cứu khám phá ra cấu trúc hình học không gian của chuyển pha đa hình và trạng thái vật chất. Theo đó họ đã khám phá ra những đặc tính đầy bất ngờ của vật liệu rắn, sau đó dùng những công cụ toán học (cụ thể là hình học tô pô) để giải thích các đặc tính kỳ lạ này. Một cách nôm na, họ đã dùng những khái niệm đơn giản nhất, phổ quát nhất để lý giải cho đặc tính của muôn vạn vật liệu, từ đó mở đường cho việc thiết kế nên các loại vật liệu mới với những đặc điểm gần như chỉ có trong mơ của nhân loại xưa giờ.

Giai Nobel Vat Ly 2016 duoc trao cho 3 nha khoa hoc phat hien ra 'dac tinh ky la' cua vat chat ran - Anh 1

Cùng với lời tuyên bố giải thưởng bởi Viện hàn lâm khoa học Hoàng gia Thụy Điển mới đây, bộ 3 nhà khoa học đến từ Anh Quốc sẽ chia sẻ nhau phần thưởng 8 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 800 ngàn đô la). Nhà khoa học Haldane vui mừng cho biết qua cuộc phỏng vấn điện thoại rằng "Tôi cực kỳ bất ngờ và cảm thấy hãnh diện. Điều mà tôi muốn nói ở giây phút này là đây là sẽ có thêm nhiều khám phá cực kỳ to lớn dựa trên nghiên cứu này. Mọi thứ chỉ mới là bắt đầu. Tôi có niềm tin rằng những loại vật liệu mới sẽ có tác động lớn đến con người trong tương lai."

Để được vinh danh với giải Nobel , các nhà khoa học đã phát triển nên lý thuyết gọi là "tô pô về giai đoạn chuyển tiếp và tô pô pha của vật chất." Nhà khoa học Thouless nay đã ở tuổi 82 và sẽ được nhận được 1 nửa giải thưởng. Nửa còn lại sẽ được chia đều cho 2 nhà khoa học là Duncan Haldane 65 tuổi và Michael Kosterlitz 74 tuổi. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng một nhánh của toán học gọi là hình học tô pô để định nghĩa lại những đặc tính của vật liệu. Đây một ngành nghiên cứu các đặc tính còn được bảo toàn qua sự biến dạng, xoắn, kéo giãn nhưng trừ xé rách hoặc dán dính của vật liệu và gọi đây là bất biến tô pô. Bộ môn này còn có tên gọi khác là "hình học của màng cao su" cũng vì lý do đó.

Công trình nghiên cứu bắt đầu từ những năm 1970 và họ đã chứng minh được rằng tính siêu dẫn - khả năng các electron lao đi trong vật chất có điện trở bằng 0 - có thể tồn tại trên một lớp mỏng của bề mặt vật liệu. Trong lễ tuyên bố giải, một thành viên của ủy ban Nobel Vật lý Thors Hans Hansson đã sử dụng một số bánh trái trên sân khấu để mô tả về cấu trúc liên kết tô pô. Trong tay ông cầm một chiếc bánh mì vòng, một bánh quy xoắn và một bánh nhân nho quế và ông cho biết rằng mặc dù những chiếc bánh này có nhiều sự khác nhau, nhưng bản chất sự khác biệt duy nhất trong mắt của một nhà nghiên cứu tô pô chính là số lỗ: bánh quy xoắn có 2, bánh mì vòng có 1 và bánh nhân nho quế không có.

Thật vậy, tô pô khảo sát đặc tính của vật liệu không đổi khi vật thể bị kéo giãn, vặn xoắn và bị biến dạng bằng cách nào đó. Lỗ chính là một trong những cách biến dạng như vậy. Số lượng những cái lỗ trong một vật liệu là như nhau bất kể hình dạng của nó bị biến dạng như thế nào. Đây là một lối suy nghĩ đã giúp các nhà khoa học có thể giải thích được đặc tính của không chỉ những tấm vật liệu bạc siêu mỏng mà còn trong nhiều cấu trúc và vật liệu khác.

Steve Bramwell, một nhà vật lý học cho biết giải thưởng lần này là "hoàn toàn xứng đáng." Ông giải thích thêm rằng: "Tính chất của những vật liệu xung quanh chúng ta là cực kỳ phức tạp và công việc của vật lý là xác định những nguyên lý đơn giản để giúp hiểu được thế giới vật liệu, từ đó đưa ra dự đoán về những hiện tượng mới. Đây thật sự là một thách thức cực kỳ khó vượt qua bởi các vật chất thông thường trung bình có thể chứa hàng tỷ tỷ tỷ nguyên tử và tất cả đều tương tác với nhau."

Ông giải thích tiếp rằng: "Thành công tuyệt vời của Kosterlitz, Thouless và Haldane chính là cho thấy được làm thế nào các lớp vật liệu thật - đặc biệt là các màng mỏng hoặc các dây chuyền nguyên tử - có thể được hiểu dưới góc độ đơn giản của nguyên lý hình học tô pô. Họ cho thấy cách các nguyên tử liên kết với nhau: một cái bánh donut và một tách trà là giống nhau về mặt tô pô bởi chúng đều có lỗ trong đó. Đơn giản thế thôi.

"Sự đột phá của 3 nhà khoa học này đã tạo nên một tiến bộ lớn trong quá trình tìm hiểu và tính toán các thuộc tính của nhiều hệ thống vật liệu. Trong trường hợp của riêng tôi, nó đã mở ra 25 năm nghiên cứu về các màn từ siêu mỏng hay chính xác là những gì mà ổ cứng máy tính xài để lưu trữ thông tin lên đó. Nhiều nhà khoa học khác trong nhiều ngành khác nhau cũng sẽ có thể áp dụng kết quả nghiên cứu của Kosterlitz, Thouless và Haldane để phục vụ công việc của họ."