Nobelprijs Natuurkunde voor ontdekking 'topologische' exotische materialen

De drie natuurkundigen deden hun baanbrekende theoretische onderzoek al in de jaren tachtig. Maar pas de laatste jaren lijken praktische toepassingen naderbij te komen, wat voor het Nobelprijscomité reden was om ze nu de prijs toe te kennen.

De drie ontdekten dat in sommige magnetische stoffen 'topologische' faseovergangen voor kunnen komen. Gewone fase-overgangen, zoals water dat bevriest, of ijzer dat smelt in een hoogoven, worden al lange tijd goed begrepen met behulp van gewone, 'klassieke' natuurkunde.

Waarom alle krakelingen topologisch hetzelfde zijn

Een topologische faseovergang is een plotselinge verandering in de eigenschappen van een stof die wordt bepaald door de quantumeigenschappen van de atomen waaruit de stof bestaat. 'Topologisch' wil zeggen, dat veel fysische details van die eigenschappen er niet toe doen. Bijvoorbeeld: topologisch gezien zijn alle donuts (torussen) hetzelfde, want ze hebben - per definitie - allemaal één gat. Ook alle krakelingen zijn topologisch hetzelfde, want die hebben allemaal twee gaten.

Op die manier, maar dan abstracter, hebben groepjes atomen in een vaste stof bepaalde topologische eigenschappen, en wanneer die omslaan (alsof een groot aantal donuts plotseling en bloc verandert in krakelingen) ondergaat die stof een topologische faseovergang. Zo'n overgang is ongevoelig voor allerlei onzuiverheden in het materiaal. Dit kan van groot belang worden in de nano-technologie, waar onderdelen zo klein zijn dat een paar atomen die niet helemaal goed zitten al roet in het eten kunnen gooien.

Lange tijd was dit maar een speeltje voor theoretici. Maar het ziet er naar uit dat dit verschijnsel gebruikt kan worden om onderdelen te maken voor een quantumcomputer - een computer die veel sneller en krachtiger zal zijn dan alle bestaande computers. Over de hele wereld, waaronder aan de TU Delft, is men nu bezig om onderdelen van zo'n quantumcomputer te bouwen.

Dit artikel is verzorgd door de wetenschapsredactie van De Kennis van Nu (NTR). Daar vind je ook een langere versie van dit artikel.