標題:3英國學者 獲諾貝爾物理獎
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以拓樸學研究物質狀態
〔編譯管淑平／綜合報導〕三名在美國任教的英國學者，以在凝態物理學中有關物質拓樸
相變和拓樸相的理論發現，摘下今年諾貝爾物理學獎。瑞典皇家科學院指出，這三人的研
究「揭開了奇異物質的奧秘」，未來可應用於材料科學和電子學，尤其是在超小的量子尺
度，有助於未來量子電腦的誕生。
可用在未來的量子電腦
這三人分別為現年八十二歲的華盛頓大學名譽教授杜列斯（David Thouless）、六十五歲
的普林斯頓大學物理學教授哈爾丹（Duncan Haldane），以及七十三歲的布朗大學物理學
教授科斯特利茲（Michael Kosterlitz）。杜列斯分得二分之一的獎金，另一半獎金由其
餘兩人平分。三人均在英國出生。
他們利用數學領域「拓樸學」研究物質的異常相或狀態，如超導體、超流體或者磁性薄膜
。瑞典皇家科學院形容三人的研究「開啟了未知世界的大門，在此世界中，物質能呈現異
常狀態」，「拜其開創性研究之賜，現在已在追尋物質的新奇異相」。
拓樸學是數學的一支，描述物體在逐步變形下仍維持不變之物質特性。諾貝爾物理獎委員
會委員韓森，以貝果、椒鹽脆餅與肉桂麵包來解釋，表示這些東西雖然都不一樣，但拓樸
學家只在乎它們有幾個洞：貝果一個、餅乾兩個，肉桂麵包沒有。
物質從固態變成液態、氣態的「相變」明顯可見，但物質也能經歷影響其電子特性的拓樸
階段變化。超導體就是一個例子。
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相變：物質相態彼此轉變，例如冰融化變成水。科斯特利茲和杜列斯利用拓樸學，說明極
冷物質在薄層的拓樸相變。在低溫狀態下，渦旋組成形，然後在相變溫度下突然分裂。這
是二十世紀凝態物理學最重要的發現之一。
科斯特利茲和杜列斯在一九七○年代初期，「展示了超導性可在低溫下發生，也解釋了在
較高溫度下使超導特性消失的機制，即相變」，顛覆了當時認為超導性或超流體性無法在
超薄到可說只具有二維度薄層物質中出現之理論。
杜列斯於一九八○年代成功解釋了先前一項實驗，即超薄導電層中的導電性能以精準的整
數測量，這些整數具拓樸性；大約同時，哈爾丹發現如何利用拓樸概念，了解在一些物質
中所發現的小磁性鏈結特性。
頌詞說，「過去十年間，此領域的研究提振了凝態物理學的前線研究，尤其因為具有拓樸
性質的物質可望用於新世代電子和超導體，或者用於未來的量子電腦。」
哈爾丹透過視訊在記者會上說，獲獎令他感到「非常意外，也非常高興」。他說，獲獎的
研究是意外的發現，「大多數的重大發現都是這麼來的：你無意間發現它，而且你有幸知
道你發現了非常有意思的東西」。
擁有英、美雙重國籍的科斯特利茲，目前在芬蘭阿爾托大學擔任客座教授，他接到通知時
正要去吃午餐，「我有點頭昏眼花，還在消化。」他說，當年二十多歲的他「完全無知」
，反成利器，「我沒有先入為主的想法」，「我夠年輕、也夠愚笨到去挑戰它（既定科學
理論）。」