拓撲相變是什么？下面帶大家了解一下。

2016年10月4日，諾貝爾物理學獎評委會在斯德哥爾摩的瑞典皇家科學院宣布，2016年諾貝爾物理學獎物理學獎授予三位美國科學家：戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨，以表彰他們在理論上發現了物質的拓撲相變和拓撲相。

獲獎者打開了一個未知的世界，物質可以以一種奇怪的狀態存在，他們利用先進的數學方法來研究不同尋常物質狀態，如超導體、超流體或磁膜等。由于他們的開創性工作，許多人希望未來這種研究將會對材料學和電子學產生革命性影響。

自量子霍爾效應發現以來，許多拓撲相被理論預測和實驗驗證，然而在實驗上直接測量拓撲數仍然是一項挑戰。

拓撲：拓撲學是數學的一個分支。它的主要研究內容是幾何形狀在連續形變中所不改變的性質。例如，一個有把手的茶壺連續變化成輪胎，而不是一個球。

相變：相變就是物質在外界條件連續變化時，從一種“相”突然變成另一種“相”的過程，比如冰融化成水。

拓撲相變是一種特殊的、沒有對稱破缺的相變，這種相變無法用朗道對稱性破缺理論解釋，拓撲數可以用來表征拓撲相變。

日常生活中最常見的“相”是氣態、液態和固態，在一些極端的條件下，比如極高的溫度或者極低的溫度，會出現很多更為奇異的狀態。人們所看到的相變，是分子在微觀層面上一起作出改變的結果。比如宏觀上，冰融化成水，再蒸發成水蒸氣的過程中：在微觀上，分子和分子先是像方陣兵一樣十分整齊地排列著，在宏觀上就表現出冰的狀態。當溫度升高，士兵們在附近自由活動，不再整齊地保持隊列，但依然挨在一起，在宏觀上就呈現了水的形態；當溫度再升高，士兵們完全自由運動，就呈現了水蒸氣的狀態。

而戴維·索利斯和邁克爾·科斯特利茨還提出了BKT相變（Berezinskii–Kosterlitz–Thouless transition），它在微觀上是這樣的：一群士兵分別圍繞幾個長官轉圈。為了一直轉下去，有一群順時針的士兵，就要有一群逆時針轉的。一開始，每一個逆時針的長官都和一個順時針的長官配對，每一對順/逆時針的長官所帶領的士兵都只會互相補充給彼此；后來每一對長官都分開了，隨意移動，他們率領的士兵也不再只給彼此，而是送給所有其他人，這樣拓撲結構發生了改變，從而產生了相變。不過，與水不同，BKT相變描述的是二維的物質。

拓撲相有很多種，它們不僅存在于薄層和線狀物，還存在于普通的三維材料中。過去十年里，這一領域的研究促進了凝聚態物理研究的前沿發展，人們不僅僅對拓撲材料能夠在新一代電子器件和超導體中產生應用抱有希望，而且看好其在未來量子計算機方面的應用。

以上就是小編今天的分享，希望可以幫助到大家。

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