กระแสน้ำวนหมุนวน (ลูกศร) ก่อตัวเป็นชั้นบางๆ ของวัสดุ และถูกล็อคเป็นคู่ที่อุณหภูมิต่ำ (ซ้าย) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กระแสน้ำวนก็แยกออกอย่างอิสระเพื่อไปตามทางของตัวเอง การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟสทอพอโลยีในปี 1983 Thouless ได้ใช้โทโพโลยีเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ลึกลับที่เคยพบเห็นในห้องแล็บที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ ผลกระทบนี้ปรากฏในชั้นบาง ๆ ของวัสดุนำไฟฟ้าภายใต้ความหนาวเย็นมากและสนามแม่เหล็กสูง ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ค่าการนำไฟฟ้าของชั้น แทนที่จะค่อยๆ แปรผัน สามารถรับค่าได้เพียงค่าบางอย่างเท่านั้น ซึ่งเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของกันและกัน เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง เช่น ค่าการนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป แต่แทนที่จะค่อยๆ ขยับ มันจะเกิดการกระโดดแบบไม่ต่อเนื่อง
อย่างไรก็ตามแสดงให้เห็นว่าผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับโทโพโลยีอย่างไร
ในการเปรียบเทียบขนมปังอบเชย เบเกิล และเพรทเซล แต่ละวัตถุสามารถมีจำนวนหลุมเป็นจำนวนเต็มได้ ไม่มีทางที่จะเพิ่มครึ่งรูให้กับวัตถุได้ จำนวนของรูไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างราบรื่น แต่จะเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เท่านั้น เช่นเดียวกับค่าการนำไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปในการกระโดดแบบไม่ต่อเนื่องในเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ ในปี 1988 Haldane แสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์ที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก
Haldane ยังทำนายพฤติกรรมใหม่ในสายโซ่ของอะตอม อะตอมในสายโซ่แต่ละตัวมีคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่าสปิน ซึ่งทำให้พวกมันมีพฤติกรรมเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก Haldane แสดงให้เห็นว่าสายโซ่ของอะตอมที่มีการหมุนแบบครึ่งจำนวนเต็มจะทำหน้าที่ต่างจากสายโซ่ที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม
ภาพประกอบของกราฟีน
กราฟีนซึ่งประกอบด้วยแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว (ดังภาพประกอบด้านบน) เป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่แสดงคุณสมบัติเชิงทอพอโลยี งานวิจัยที่ได้รับรางวัลได้วางรากฐานสำหรับสาขาการวิจัยฟิสิกส์ที่กำลังเติบโตซึ่งใช้โทโพโลยีในการอธิบายและทำนายคุณสมบัติของวัสดุที่แปลกใหม่ดังกล่าว
อี. ออตเวลล์
ทั้งสามคน “วางรากฐานสำหรับวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับวัสดุและสสาร” Charles Kane จากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าว “จากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดไปจนถึงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ สิ่งนี้มีความหมายที่ลึกซึ้ง”
งานนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการพัฒนาใหม่ในวัสดุทอพอโลยี วัสดุที่เรียกว่าฉนวนทอพอโลยีมีกระแสไฟฟ้าอยู่บนพื้นผิว แต่เป็นฉนวนภายใน การใช้งานที่เป็นไปได้มีตั้งแต่การคำนวณควอนตัมไปจนถึงฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ชนิดใหม่ ( SN: 8/23/14, p.8 ) และรวมถึงวัสดุที่สามารถนำแสงหรือกระแสไฟฟ้าโดยไม่ถูกรบกวนจากสิ่งสกปรก ( SN: 5/18/13 , น. 8 ) แผ่นคาร์บอนสองมิติที่เรียกว่ากราฟีนแสดงคุณสมบัติทอพอโลยีเช่นกัน
การวิจัยได้ “รวมข้อมูลเชิงลึกทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่ลึกซึ้งที่สวยงามและบรรลุผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งได้รับการยืนยันโดยการทดลอง” แฮนส์สันกล่าวในระหว่างการประกาศโนเบล “มันสวยจริงๆ และมันลึกมาก”
นักเขียนบทคริสโตเฟอร์ ครอกเก็ตต์มีส่วนร่วมในเรื่องนี้
credit : tenaciouslysweet.com platosusedbooks.com centroshambala.net fivefingersshoesvibram.com asiaincomesystem.com duloxetinecymbalta-online.com sonicchronicler.com eighteenofivesd.com dodgeparryblock.com fivefingervibramshoes.com
