David James Thouless

Izvor: Wikipedija
(Preusmjereno s David J. Thouless)
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretraživanje
David James Thouless
DavidThouless 1995 UW.jpg
Rođenje 21. rujna 1934.
Mjesto rođenja Bearsden, East Dunbartonshire, Škotska, UK
Smrt 6. travnja 2019.
Cambridge, Cambridgeshire, Engleska, UK
Državljanstvo Škot, Britanac
Polje Fizika
Institucija Sveučilište u Birminghamu,
Sveučilište u Cambridgeu,
Sveučilište Yale,
Sveučilište Washington u Seattleu
Alma mater Sveučilište u Cambridgeu,
Sveučilištu Cornell u Ithaci
Akademski mentor H. A. Bethe
Poznat po Supratekućina
Fazni prijelazi
Hallov učinak
Istaknute nagrade Nobelova nagrada za fiziku (2016.)
Član Kraljevskog društva od 1979.
Suprafluidni helij koji se nalazi u gornjoj posudi će pomalo isticati iz nje, kap po kap, sve dok se ne isprazni.

David James Thouless (Bearsden, Škotska, 21. rujna 1934. – Cambridge, 6. travnja 2019.), britanski fizičar. Diplomirao (1955.) na Sveučilištu u Cambridgeu, doktorirao (1958.) na Sveučilištu Cornell u Ithaci (SAD). Radio je na Sveučilištu u Birminghamdu (od 1959. do 1961. i od 1965. do 1978.), na Sveučilištu u Cambridgeu (od 1961. do 1965.), Sveučilištu Yale u SAD-u (od 1979. do 1980.), Sveučilištu Washington u Seattleu u SAD-u (od 1980. do 2003.). Bavio se suprafluidnošću i faznim prijelazima dvodimenzionalnih materijala. Topološki opisao fazni prijelaz nestajanja parova vrtloga u suprafluidu s povećanjem temperature (Kosterlitz-Thoulesseov prijelaz), topološki objasnio kvantni Hallov učinak kad se vodljivi sloj nalazi između dvaju poluvodiča na temperaturi bliskoj apsolutnoj nuli. Za teorijsko otkriće topoloških faznih prijelaza i topoloških faza tvari s D. Haldaneom i J. M. Kosterlitzom dobio Nobelovu nagradu za fiziku (2016.). Bio je član Kraljevskog društva (eng. Royal Society) od 1979. [1]

Supratekućina ili suprafluidnost[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Supratekućina

Suprafluidnost je stanje ukapljenoga helija koje se očituje gibanjem tekućine bez trenja na ekstremno niskoj temperaturi uz očuvana adhezijska svojstva. Otkrio ju je 1937. Pjotr Leonidovič Kapica, a neovisno o njem otkrili su ju iste godine Donald Misener i John Frank Allen proučavajući pojave do kojih dolazi kada se helij ohladi na temperaturu nižu od 2.17 K. Ako se na primjer u suprafluidni helij djelomično uroni prazna posuda, po njezinim će se stijenkama u tankom sloju (do 30 nm) helij penjati i spuštati u posudu sve dok se razina helija u posudi ne izjednači s razinom okolnoga helija; ako se kapilarna cjevčica jednim krajem uroni u suprafluidni helij i osvijetli, na njezinu će gornjem kraju istjecati helij poput vodoskoka visoka do 10 centimetara (takozvani učinak vodoskoka). Danska fizičarka Lena Hau uspjela je 1999. u suprafluidu usporiti svjetlost do brzine 17 m/s, a 2001. uspjela ju je zaustaviti.

Helijevi izotopi 4He i 3He imaju različita suprafluidna stanja, a zbog različitoga broja neutrona u atomskoj jezgri (različitog spina) pripadaju različitim statistikama (kvantna statistika). Izotop helija 4He, sa spinom 0, je bozon, podvrgava se Bose-Einsteinovoj statististici, ukapljuje se na 4.2 K i prelazi u suprafluidno stanje na temperaturi 2.17 K, a izotop 3He, sa spinom 1/2, podvrgava se Fermi-Diracovoj statististici, ukapljuje se na 3.19 K, postaje suprafluidan na temperaturi 2.6 mK i ima dva različita suprafluidna stanja.

Teorijski doprinos tumačenju suprafluidnosti helijeva izotopa 4He prvi su dali Laszlo Tisza i Lev Davidovič Landau 1941. u dvokomponentnom modelu s kvazičesticama fononima i rotonima, a kvantnomehanički ju je nadogradio Richard Feynman. Objašnjenje suprafluidnosti izotopa 3He uklopilo se u poopćenu BCS-teoriju (supravodljivost). Postizanje suprafluidnosti još je vrlo skupo zbog potrebnih izuzetno niskih temperatura i iznimne čistoće helija, pa se primjenjuje uglavnom u znanstvenim istraživanjima, na primjer pri proučavanju pojedinačnih molekula plina u suprafluidu, gdje se one zbog nedostatka trenja gibaju potpuno slobodno; za održavanje osjetljivih mjernih instrumenata ili dijelova instrumenata na niskoj temperaturi (u astronomskom satelitu za opažanje infracrvenoga zračenja, IRAS, koji je lansiran 1983., s pomoću 720 litara suprafluidnoga helija instrumenti se čuvaju na temperaturi 1.6 K). U širem smislu stanje elektrona u supravodiču također je suprafluidno.

Fazni prijelazi[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Fazni prijelazi

Fazni prijelazi su promjene stanja pojedine faze (elementarne, spoja, eutektičke smjese, peritektičkog spoja i slično) pri promjeni temperature. Razlikuju se fazni prijelazi I. vrste, kod kojih su u stanju ravnoteže slobodne entalpije u obje faze jednake po vrijednosti, ali se pritom entropija i volumen skokovito mijenjaju, i fazni prijelazi II. vrste, kod kojih se u stanju ravnoteže ne mijenjaju ni entalpija, ni entropija, ni volumen. U fazne prijelaze I. vrste spadaju na primjer taljenjeisparavanjesublimacija, a u fazne prijelaze II. vrste prijelazi kod kojih na primjer tvari gube feromagnetička svojstva (Curiejeva temperatura), pojava supravodljivosti, procesi razlaganja i stvaranja međumetalnih spojeva u čvrstoj fazi i tako dalje.

Hallov učinak[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Hallov učinak

Hallov učinak ili Hallov efekt (po E. H. Hallu koji ga je uočio 1879.) je pojava u tankoj metalnoj ili poluvodičkoj pločici kojom teče električna struja gustoće Jx, pod djelovanjem okomitoga magnetskoga polja indukcije Bz, stvaranja transverzalnoga električnoga polja jakosti:

(RH je Hallova konstanta ili Hallov otpor) i poprečnoga električnoga napona. Električna struja, magnetsko polje i električno polje međusobno su okomiti i, ako tvore desni koordinatni sustav, Hallov učinak je normalan (konstanta RH je negativna). U obratnom slučaju (konstanta RH je pozitivna) učinak je anomalan. Hallov je učinak jači za poluvodiče, a slabiji za električne vodiče. Objašnjenje anomalnoga Hallova učinka bila je jedna od najvećih teškoća klasične elektromagnetske teorije. Protumačila ga je tek kvantna teorija čvrstih tijela.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. Thouless, David James, [1] "Hrvatska enciklopedija", mrežno izdanje, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, pristupljeno 1. 5. 2020.