• No products in the cart.

  • LOGIN

nobel vật lý 1977

nobel vật lý 1977

Philip Warren Anderson (1923-),

Nevill Francis Mott (1905-1996)

và John Hasbrouck Van Vleck (1899-1980)

Giải Nobel Vật lý năm 1977 được trao cho tiến sĩ người Mỹ Philip Warren Anderson tại Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell ở Đồi Murray (New Jersey, Mỹ), giáo sư người Anh Nevill Francis Mott tại Đại học Cambridge ở Cambridge (Anh) và giáo sư người Mỹ John Hasbrouck van Vleck tại Đại học Harvard ở Cambridge (Massachsetts, Mỹ) “do những nghiên cứu lý thuyết cơ bản của họ về cấu trúc điện tử của các hệ từ và mất trật tự”.

Philip W. Anderson sinh ngày 13 tháng 12 năm 1923 tại Indianapolis (Indiana, Mỹ). Cha ông tên là Harry Warren Anderson. Cha ông là giáo sư bệnh thực vật tại Đại học Illinois ở Urbana từ năm 1923 đến năm 1940. Đằng nội và đằng ngoại của ông đều có những người thành đạt trong khoa học. Mặc dù lớn lên ở nông thôn, cha ông và anh em của cha ông đều trở thành giáo sư. Ông ngoại của ông là giáo sư toán tại Cao đẳng Wabash và một người anh em của mẹ ông là giáo sư tiếng Anh cũng tại trường này.

Anderson tốt nghiệp Đại học Harvard năm 1943, nhận bằng thạc sĩ năm 1947 và bằng tiến sĩ chuyên ngành năm 1949. Năm 1947 ông cưới vợ là Joyce Gơthwaite và vợ chồng ông có một con gái tên là Susan Osborne (sinh năm 1948).

Anderson làm việc cho Phòng thí nghiệm nghiệm nghiên cứu của Hải quân Mỹ từ năm 1943 đến năm 1945. Ông bắt đầu làm việc cho Bell Tel Lab từ năm 1949. ở đó, ông là nhân viên kỹ thuật (1949-1959), trưởng phòng (1959-1961), MTS (1961-1974), trợ lý giám đốc  (1974-1976) và cố vấn giám đốc (từ năm 1977). Anderson từng là giảng viên Fulbright tại Tokyo (1953-1954), giảng viên mời của Cao đẳng Churchill ở Cambridge (1961-1962), giáo sư vật lý lý thuyết mời tại Cambridge (1967-1975), giảng viên Cao đẳng Jesus (1969-1975) và giáo sư vật lý tại Đại học Princeton (từ 1975).

Ngoài Giải Nobel Vật lý năm 1977 chia sẻ cùng Nevill F. Mott và John H. van Vleck, Anderson được trao tặng Giải thưởng O. K. Buckley (1964) của Hội Vật lý Mỹ và Giải thưởng Dannie Heinemann (1975) của Viện Hàn lâm Khoa học Gottingen. Ông đã được trao tặng Hu chương Khoa học Quốc gia. Philip W. Anderson là viện sĩ Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ (1966) và Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (1967). Ông là hội viên Hội Khoa học Hoàng gia London, viện sĩ Viện Hàn lâm Lincei và Viện Hàn lâm Nhật Bản. Anderson là tiến sĩ khoa học của Đại học Illinois và thành viên danh dự của Cao đẳng Jesus ở Cambridge.

Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, từ năm 1940 đến năm 1943 Anderson nghiên cứu đề tài có tính ứng dụng ngay là “vật lý điện tử” và từ năm 1943 đến năm 1945 ông nghiên cứu chế tạo các anten tại Phòng thí nghiên cứu của Hải quân Mỹ. Trong thời gian học sau đại học, Anderson nhận ra rằng các kỹ thuật toán học tinh tế của lý thuyết trường lượng tử hiện đại mà ông đã học trong các khóa học nâng cao từ Schwinger và Furry thực sự có ích trong bài toán thực nghiệm về sự mở rộng vạch phổ trong phổ tần số vô tuyến mới. Khi đó, các nhà vật lý như Frohlich và Peierls ở Anh, Bohm và Pines ở Princeton, Bôgliubov và Landau ở Nga rất quan tâm đến sự kết hợp kỹ thuật toán học và thực nghiệm vật lý. Chẳng hạn như chủ đề mới của vật lý hệ nhiều hạt sinh ra từ những sự kết hợp của các kỹ thuật toán học với các vấn đề thực nghiệm mới.

Trong thời gian ở Bell Lab, Anderson cùng làm việc với nhiều nhà lý thuyết nổi tiếng như Bill Shockley, John Bardeen, Charles Kittel, Conyers Herring, Gregory Wannier, Larry Walker, John Richardson,v.v… Kittel đặc biệt khuyến khích Anderson quan tâm đến các bài toán mở rộng vạch phổ và giới thiệu hiện tượng phản sắt từ với Anderson và Wannier. Wannier hướng dẫn cho Anderson nhiều kỹ thuật cơ bản. Còn Herring giúp Anderson tiếp cận các ý tưởng của Landau và Mott. Anderson học tinh thể học và vật lý chất rắn từ Bill Shockley, Alan Holden và Betty Wood. Và trên hết Anderson học được về mối quan hệ chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm tại Bell Lab lúc đầu từ Jack Galt, Bill Yager, Bernd Matthias và Walter Merz.

Trong những năm 1952-1953 Anderson làm việc ở Nhật Bản theo học bổng Fulbright và ở đó ông đã có các cuộc thảo luận về sự mở rộng vạch phổ với các nhà vật lý chất rắn nổi tiếng của Nhật Bản như Ryogo Kubo, Toru Moriya, Kei Yosida, Jun Kanamori.

Mott quan tâm đến bài báo của Anderson công bố năm 1958 và giữa hai người có nhiều cuộc thảo luận tập trung vào vấn đề phá vỡ đối xứng và một số ý tưởng của Brian Josephson.

Trong những năm 1959 – 1961 khi Anderson rời Princeton đến Illinois, ông và Pierre Morel nghiên cứu các ý tưởng bất thường về tính siêu chảy dị thường liên quan đến He3 và sau đó là việc giải phương trình Eliashberg đối với siêu dẫn. Một số ý tưởng này đã được xác nhận ở Bell Lab khi ông cùng với John Rowell phát hiện ra hiệu ứng Josephson và nghiên cứu về “những va chạm phonon (phonon bumps)”.

Năm 1978 sau khi Anderson nhận Giải thưởng Nobel một phần vì lý thuyết định vị (localization theory), ông là một trong “Băng bốn người (Gang of Four)” (gồm Anderson, Elihu Abrâhm, T. V. Râmkrishnan và Don Licciardello) đã tiếp thêm sức sống cho lý thuyết này bằng cách phát triển lý thuyết tỷ lệ (scaling theory) theo từ trường, các tương tác, kích thước,v.v… và lý thuyết này đã được đưa vào khoa học thực nghiệm định lượng với các dự đoán chính xác. Một nhánh khoa học chính tiếp tục phát triển từ các hệ quả của nghiên cứu này chẳng hạn như “sự định vị photon (photon localization)”.

Năm 1975 S. F. Edwards và Anderson viết một bài báo về lý thuyết “mô phỏng (replica)” về hiện tượng mà trước đó Anderson đặt tên là “thủy tinh spin (spin glass)”. Sau đó, Anderson cùng với D. J. Thouless và Richard Palmer công bố một bài báo vào năm 1977 cũng về vấn đề này. Một bước tiến quan trọng tiếp theo do G. Toulouse và G. Parisi thực hiện dẫn đến giải quyết hoàn toàn bài toán này mà nó đòi hỏi một dạng cơ học thống kê mới có khả nắng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như khoa học máy tính,  nếp gấp protein (protein folding), mạng thần kinh và mô hình tiến hóa. Lĩnh vực của các thăng giáng hóa trị lượng tử (quantum valence fluctuation) hoạt động mạnh mẽ trong thời gian này một phần do các nghiên cứu của Anderson.

Đầu năm 1987, tin tức về các chất siêu dẫn cuprat nhiệt độ cao mới làm khuấu động thế giới của vật lý lượng tử nhiều hạt và nhiều nhà vật lý trong đó có Anderson tìm cách kiểm tra lại các ý tưởng cũ và nghĩ ra các ý tưởng mới. Bằng sự kết hợp ý tưởng cũ của mình về trạng thái lỏng cặp đơn (singlet pair)”RVB” và nhiều ý tưởng khác cùng với các quan niệm mới, Anderson có thể tính được hầu hết các dị thường quan sát thấy trong các vật liệu này. Lý thuyết của ông bao gồm một trạng thái mới của vật chất (“chất lỏng Luttinger” hai chiều) và một cơ chế hoàn toàn mới đối với sự ghép cặp điện tử (“sự thoát khỏi giam cầm (deconfinement)”. Các dự đoán của lý thuyết này đều đã được thực nghiệm xác nhận.

Anderson rời khỏi Bell Lab năm 1984 và trở thành giáo sư vật lý tại Đại học Princeton. Ông làm chủ tịch Hội đồng của Trung tâm vật lý Aspen trong 5 năm và thành viên Hội đồng và ủy ban điều hành của Hội Vật lý Mỹ trong 4 năm. Từ năm 1986, Anderson là một đồng phó chủ tịch Viện Sante Fe. Viện này quan tâm đến các tổng hợp khoa học, đặc biệt là các tổng hợp bao hàm các khoa học về sự phức tạp. ở đây còn có hai người khác đã từng nhận Giải Nobel là Murray Gell-Mann và Ken Arrow. Gell-Mann là chủ tịch Hội đồng khoa học của Viện và người phát ngôn hùng biện cho các ý tưởng và chuẩn mực lý tưởng của Viện, còn Arrow cùng với Anderson phụ trách các hội thảo khoa học về nghiên cứu đa lĩnh vực đối với các cơ sở của lý thuyết kinh tế. Nghiên cứu của Anderson về thủy tinh spin và các hệ quả của nó tạo ra một số cơ sở cho nghiên cứu của Viện.

Anderson là người phản đối chiến tranh xâm lược của Mỹ ở Việt Nam. Ông từng tham gia vào chiến dịch phản đối “Chiến tranh giữa các vì sao” của chính quyền Mỹ vào mùa hè năm 1983. Ông đã từng tranh luận với Bộ trưởng George Schultz về vấn đề này trên báo “Princeton Alumni Weekly” (cuộc tranh luận này được in lại trên báo “Le Monde” năm 1987).

Nevill Francis Mott sinh ngày 30 tháng 9 năm 1905 tại Leeds (Anh). Cha mẹ ông tên là Charles Francis Mott và Lilian Mary Reynolds. Cha mẹ ông từng làm việc tại Phòng thí nghiệm Cavendish dưới sự hướng dẫn của J. J. Thomson. Ông nội của ông là nhà thám hiểm Bắc cực, Nam tước (Sir) John Richardson. Mott học tại Cao đẳng Clifton và Cao đẳng Bristol & St. John. ở đó ông học toán và vật lý lý thuyết. Ông bắt đầu nghiên cứu tại Cambridge dưới sự hướng dẫn của R. H. Fowler, tại Copenhagen dưới sự hướng dẫn của Niels Bohr, tại Gottingen dưới sự hướng dẫn của Max Born và sử dụng một năm làm giảng viên tại Manchester cùng với W. L. Bragg trước khi làm giảng viên tại Cambridge. Mott nghiên cứu lý thuyết va chạm và các bài toán hạt nhân tại phòng thí nghiệm của Rutherford. Năm 1933 ông là giáo sư vật lý lý thuyết tại Bristol và do ảnh hưởng của H. W. Skinner và H. Jones ông nghiên cứu về các tính chất của kim loại và bán dẫn. Trong thời gian ở Bristol trước chiến tranh, Mott nghiên cứu lý thuyết về các kim loại chuyển tiếp, sự chỉnh lưu, độ cứng của các hợp kim (cùng với Nabarro) và ảnh ẩn của sự chụp ảnh (cùng với Gurney). Sau một thời gian nghiên cứu quân sự tại London trong chiến tranh, ông trở thành trưởng Khoa vật lý tại Bristol và công bố các bài báo về sự oxy hóa nhiệt độ thấp (cùng với Babrera) và sự chuyển tiếp kim loại-điện môi.

Năm 1954 Mott được bổ nhiệm làm giáo sư vật lý Đại học Cambridge và ông giữ chức danh này trong các hội đồng của chính phủ và trường đại học cho đến năm 1971. Nghiên cứu mà ông được trao tặng Giải Nobel bắt đầu khoảng năm 1965. Một số cuốn sách chính của ông là “Lý thuyết va chạm nguyên tử (Theory of Atomic Collisions)” (cùng với H. S. W. Massey), “Quá trình điện tử trong  tinh thể ion (Electronic Processes in Ionic Crystals)” (cùng với R. W. Gurney)” và “Quá trình điện tử trong vật liệu phi tinh thể (Electronic Processes in Non-Crystalline Materials)”(cùng với E. A. Davis).

Ngoài hoạt động nghiên cứu vật lý, Mott đóng vai trò quan trọng trong đổi mới giáo dục khoa học ở Anh và có nhièu hoạt động tích cực trong các hội đồng xem xét các vấn đề giáo dục. Ông là chủ tịch Hội nghị Pugwash ở Cambridge năm 1965. Mott là chủ tịch hội đồng và sau đó là gián đốc nhà xuất bản Taylor & Francis (thành lập từ năm 1798). Ông là hiệu trưởng Cao đẳng Cambridge (Gonville và Caius) từ năm 1959 đến năm 1966, chủ tịch Hiệp hội Quốc tế về vật lý thuần túy và ứng dụng IUPAP  từ năm 1951 đến năm 1957. Mott là tiến sĩ danh dự của hơn 20 trường đại học trong đó bao gồm cả tiến sĩ công nghệ tại Đại học Linkoping.

Trong 10 năm cuối đời, Mott sống ở làng Aspley Guise. Trong thời gian này, ông viết cuốn hồi ký “Một cuộc đời khoa học (A Life in Science)” (do nhà xuất bản Taylor và Francis ấn hành) và công bố cuốn sách “Các nhà khoa học có thể tin hay không?(Can Scientists Believe?)” cùng với nhiều tác giả về mối quan hệ giữa khoa học và tôn giáo. Cuốn sách này do nhà xuất bản James và James ở London ấn hành. Ông còn viết nhiều bài báo (chủ yếu vào 3 năm cuối đời) về siêu dẫn nhiệt độ cao.

Năm 1930 Mott cưới vợ tên là Ruth Eleanor Horder. Vợ chồng ông có hai con gái. Ông mất ngày 8 tháng 8 năm 1996.

John H. van Vleck sinh ngày 13 tháng 3 năm 1899 tại Middletown (Connecticut, Mỹ). Ông nội ông là giáo sư thiên văn và cha ông là giáo sư toán tại Đại học Wesleyan. Tuy nhiên, khi ông bảy tuổi cha ông nhận làm giáo sư tại Đại học Wisconsin và do ssó ông lớn lên tại Madison ở Wisconsin. ở đó, ông học các trường công và tốt nghiệp Đại học Wisconsin năm 1920. Từ nhỏ, ông không có ý định trở thành giáo sư đại học giống như ông nội và cha của mình. Nhưng sau một học kỳ học sau đại học tại Đại học Harvard, ông nhận ra rằng công việc mà ông có thể làm tốt nhất là công việc một nhà vật lý trong một môi trường khoa học.

Vleck nhận bằng tiến sĩ chuyên ngành tại Đại học Harvard năm 1922 và trở thành giảng viên hướng dẫn thực hành vật lý ở trường này trong những năm 1922-1923. Ông đã làm việc tại Đại học Minnesota (1923-1928), Đại học Wisconsin (1928-1934), Đại học Harvard (1934-1969) (trong thời gian này ông làm trưởng Khoa vật lý kỹ thuật và ứng dụng từ năm 1951 đến năm 1957). Từ năm 1969 Vleck là giáo sư danh dự của Đại học Harvard.

Vleck nhận được học bổng Guggenhiem (1930). Ông là giáo sư thỉnh giảng của Đại học Leiden (1960) và Đại học Oxford (1961-1962). Vleck là tiến sĩ hoặc tiến sĩ khoa học danh dự của Đại học Wesleyan (1936), Đại học Wisconsin (1947), Đại học Grenoble (1950), Đại học Maryland (1955), Đại học Oxford (1958), Đại học Paris (1960), Cao đẳng Rockford (1961), Đại học Nancy (1961), Đại học Harvard (1966), Đại học Chicago (1968) và Đại học Minnesota (1971).

Giáo sư John van Vleck là viện sĩ nước ngoài của Viện Hàn lâm Hoàng gia Thụy Điển, Viện Hàn lâm Uppsala, Viện Hàn lâm Hà Lan, Viện Hàn lâm Khoa học Pháp và Hội Hoàng gia London. Ông là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ, Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ và Viện Hàn lâm Quốc tế về khoa học phân tử lượng tử. Vleck là hội viên Hội Triết học Mỹ, hội viên danh dự Hội Vật lý Pháp và chủ tịch Hội Vật lý Mỹ (1952).

Vleck đã được trao tặng Huy chương Khoa học Quốc gia của Mỹ, Huy chương Lorentz của Hà Lan, Huy chương Cresson của Viện Franklin, Giải thưởng Michelson của Viện Công nghệ Case, Giải thưởng Langmuir về lý hóa và Bắc đẩu bội tinh của Pháp.

Vleck gặp nhiều may mắn trên con đường khoa học của mình. Ông xuất phát từ một gia đình có truyền thống làm khoa học. Tại Đại học Harvard, hầu hết các bài học của ông do giáo sư Bridgman hoặc giáo sư Kemble giảng. Bài giảng của giáo sư Kemble về lý thuyết lượng tử đã lôi kéo ông và do đó ông quyết định thực hiện đề tài luận án tiến sĩ của mình dưới sự hướng dẫn của giáo sư Kemble. Ông là một người ở Mỹ vàolúc đó có đủ điều kiện tham gia vào nghiên cứu lý thuyết thuần túy về vật lý nguyên tử lượng tử. Luận án tiến sĩ của Vleck đề cập đến tính toán năng lượng liên kết của một mô hình nguyên tử heli nào đó. Đề tài này do Kemble và Niels Bohr đồng thời đề xuất một cách độc lập. ở Copenhagen, Kramers tiến hành tính toán tương tự như tính toán của Vleck. Các kết quả không phù hợp với thực nghiệm vì “lý thuyết lượng tử cũ” không chính xác. Tuy nhiên, khi Heisenberg và những người khác phát minh ra cơ học lượng tử chính xác vào năm 1926, cơ sở của lý thuyết lượng tử cũ và nguyên lý tương ứng của nó đã giúp Vleck nắm được cơ học mới  đặc biệt là dạng ma trận đặc biệt có ích trong lý thuyết từ.

Một năm sau khi Vleck nhận được bằng tiến sĩ chuyên ngành tại Đại học Harvard, ông được đề nghị làm trợ lý giáo sư giảng dạy riêng hệ sau đại học tại Đại học Minnesota vào năm 1923. Đó là một điều bất thường ở trường đại học này vì vị trí này thường dành cho các giảng viên đại học lâu năm. Những người mới bảo vệ luận án tiến sĩ chỉ được giao giảng dạy hệ đại học và họ ít có thời gian tham gia nghiên cứu. Cũng tại Minnesota, Vleck đã gặp người bạn đời của mình là Abigail Pearson và hai người tổ chức đám cưới vào ngày 10 tháng 6 năm 1927.

Vleck nói rằng ông gặp may khi chọn lý thuyết từ làm mối quan tâm nghiên cứu chính của cuộc đời mình. Đó là một lĩnh vực chưa hoàn thiện với nhiều vấn đề mới tiếp tục nảy sinh như cộng hưởng từ, sự hồi phục, các thiết bị vi sóng,v.v… Bài báo cuối cùng của Vleck liên quan đến hiện tượng từ được công bố 50 năm sau khi công bố bài báo đầu tiên của ông.

Ngoài các nghiên cứu về hiện tượng từ, trường phối tử và điện môi, một trong các quan tâm khác của Vleck là phổ phân tử. Các vấn đề lý thuyết gắn với cấu trúc tinh vi trong phổ phân tử có liên quan đến nghiên cứu thiên văn vô tuyến ở Đài thiên văn Gothenburg.

Ba người đoạt Giải Nobel Vật lý năm 1977 đều là các nhà lý thuyết trong lĩnh vực vật lý chất rắn. Lĩnh vực này có những đóng góp rất quan trọng trong sự phát triển kỹ thuật gần đây đặc biệt là trong kỹ thuật điện tử. Cả ba người đã bổ sung nhiều quan niệm cơ bản mới  vào lý thuyết vật lý chất rắn và làm cho nó có thể giải thích được các kết quả thực nghiệm mới. Khoảng cách giữa các kết quả quan trọng trong nghiên cứu cơ bản và trong các ứng dụng kỹ thuật trong lĩnh vực này là tương đối nhỏ. Chẳng hạn như các ý tưởng của van Vleck đóng vai trò quan trọng nhất trong sự phát triển laze trong khi nếu không có các đóng góp của Mott và Anderson cho lý thuyết cơ bản thì không thể tưởng tượng được sự phát triển kỹ thuật của các vật liệu vô định hình như thủy tinh.

Van Vleck được gọi là “cha đẻ của từ học hiện đại”. Ông đã phát triển các phương pháp nhằm làm cho lý thuyết từ có thể giải thích được một ion hoặc nguyên tử khác lạ có dáng điệu như thế nào trong một tinh thể. Trước tiên, các điện tử của một ion nhiễu như thế cảm nhận được ảnh hưởng của điện trường là trường tinh thể. Trường này sinh ra bởi hạt nhân nguyên tử và các điện tử của tinh thể chủ. Thông qua các điện tử của mình, ion nhiễu có thể đi vào liên kết hóa học với môi trường của nó. Nó thường được gọi là các phối tử. Van Vleck là người đầu tiên phát triển lý thuyết trường tinh thể cũng như lý thuyết trường phối tử nhằm mô tả các hiện tượng như thế. Các phương pháp hóa lượng tử này hiện nay gần như trở thành các công cụ quen thuộc đặc biệt là trong hóa vô cơ với những mở rộng quan trọng cho sinh học phân tử, y học và địa chất.

Người đoạt Giải Nobel Y học năm 1937 là Albert Szent-Gyorgyi thường so sánh các quá trình hóa học trong các tế bào sống với một vở kịch lớn trong đó các điện tử đóng vai trò của các diễn viên trên một sàn diễn do các phân tử sinh vật tạo thành với sự khác biệt duy nhất là cảnh và các diễn viên nhỏ hơn hàng nghìn tỷ lần so với cảnh và các diễn viên mà chúng ta nhìn thấy ở nhà hát opera. Không một nhà khoa học nào từng nhìn thấy toàn bộ nhạc kịch này của cuộc sống và chỉ một ít người có đặc quyền nhìn thấy các phần nhỏ của nhạc kịch này ở dạng của các vở ba lê tách biệt thường với một người anh hùng và đôi khi với một vũ nữ ba lê.

Trong các lý thuyết trường tinh thể và phối tử do van Vleck phát triển luôn luôn có một nguyên tử kim loại và nó đóng vai người anh hùng trong vở kịch. Trong nhiều enzim cơ bản cần thiết cho cuộc sống của cơ thể chúng ta, thường có một nguyên tử kim loại ở trung tâm hoạt động mà nó có tác dụng điều chỉnh hành động. Hemoglobin trong các tế bào hồng cầu chứa một nguyên tử sắt mà nó mang phân tử oxy đến vị trí đã cho của nó trong cơ thể theo cùng một cách như người anh hùng mang vũ nữ ba lê trên những cánh tay mạnh mẽ của mình. Van Vleck đã phát triển lý thuyết cơ bản cho các quá trình như thế mà chúng đóng vai trò rất quan trọng trong hóa học của các hợp chất phức tạp, địa chất và công nghệ laze.

Vũ điệu điện tử cũng có tầm quan trọng tương tự trong các vật rắn xung quanh ta như các kim cương, muối khoáng, thủy tinh vô định hình,v.v… Các vật liệu như thế có các tính chất điện và từ đặc trưng mà chúng phụ thuộc vào chuyển động của các điện tử. Trong vũ điệu điện tử, có một sự liên kết spin-quỹ đạo riêng giữa những sự quay của các điện tử và các chuyển động tịnh tiến của chúng. Sự liên kết này có vai trò quan trọng đối với các tính chất từ. Giống như các diễn viên múa trong một vở ba lê thường xuyên thay đổi vị trí của họ, các điện tử cũng có sự trao đổi riêng của chúng. Cả van Vleck và Anderson đều nghiên cứu các tính chất từ cục bộ của vật chất mà ở đó người anh hùng là một nguyên tử kim loại với từ tính riêng mạnh. Các tính chất đặc biệt của nó có thể thay đổi mạnh theo môi trường. Lý thuyết của van Vleck và Anderson cần để tạo ra các hợp kim từ yếu (dilute magnetic alloy).

Một phần quan trọng khác trong nghiên cứu của van Vleck liên quan với hiệu ứng Jahn-Teller. Một nguyên tử nhiễu trong một tinh thể đôi khi có thể thay thế một nguyên tử chủ mà không có những thay đổi cơ bản nào trong mạng xung quanh. Trong các điều kiện nào đó, cấu trúc điện tử của nguyên tử nhiễu không phù hợp với sự đối xứng của môi trường đến mức nó dẫn đến một sự méo (distortion) cục bộ của mạng. Hiệu ứng Jahn-Teller này đã được dự đoán vào những năm 1930 nhưng chỉ qua công trình của van Vleck người ta mới hiểu được đầy đủ hơn về hiện tượng này và nhận ra tầm quan trọng thực nghiệm của nó.

Van Vleck là người đầu tiên chỉ ra tầm quan trọng đặc biệt của sự tương quan điện tử. Đó là sự tương tác giữa các chuyển động của các điện tử khi xuất hiện momen từ địa phương, nghĩa là các “nam châm nhỏ (mini-magnet)” trong các vật liệu. Một học trò cũ của ông là P. W. Anderson đã tiếp tục phát triển những ý tưởng này và đã thành công trong việc giải thích sự xuất hiện của các momen từ địa phương. Chẳng hạn, Anderson giải thích được tại sao đồng và bạc ở dạng tinh khiết hoàn toàn không có từ tính. Cường độ từ trường của các “nam châm nhỏ” có thể thay đổi một cách đột ngột khi nồng độ của ion nhiễu chỉ thay đổi một vài phần trăm. Trong một mô hình cơ học lượng tử đơn giản, Anderson đã nắm được toàn bộ các khía cạnh mà chúng dường như đóng vai trò quyết định để hiểu rõ điều gì xảy ra trong những điều kiện như thế.

Anderson đã chứng minh rằng các vật liệu mất trật tự về mặt hình học như thủy tinh có các định luật riêng của chúng và vũ điệu điện tử ở trong các vật liệu này có thể dẫn đến các trạng thái định xứ với một dạng trật tự cao mà nó ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu. Các hệ trật tự hoàn hảo rất quan trọng trong kỹ thuật điện tử nhưng việc chế tạo chúng thường rất đắt. Vì thế, các hệ mất trật tự với các tính chất tương tự có thể thay thế các hệ trật tự.

Mott và Anderson độc lập với nhau đưa ra những đóng góp cơ bản cho sự hiểu biết của chúng ta về các hệ mất trật tự. Trong các vật liệu tinh thể, các nguyên tử sắp xếp thành các mạng đều đặn và điều đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu lý thuyết. Trong các vật liệu mất trật tự, sự đều đặn này không còn nữa. Chẳng hạn như các thành phần của một hợp kim được sắp xếp một cách hỗn độn tại các vị trí của một mạng đều đặn hoặc không có mạng giống như trong thủy tinh. Rất khó để có thể nghiên cứu các vật liệu này về mặt lý thuyết. Năm 1958 Anderson công bố một bài báo trong đó ông chỉ ra trong những điều kiện như thế nào một điện tử trong một hệ mất trật tự có thể hoặc chuyển động qua hệ như một toàn bộ hoặc ít nhiều gắn với một vị trí riêng giống như một điện tử định xứ. Một vài năm sau đó, Mott đề nghị các nhà vật lý quan tâm đặc biệt đến bài báo này. Bài báo của Anderson trở thành một trong những cơ sở trong sự hiểu biết của chúng ta về độ dẫn điện trong các hệ mất trật tự. Mott và Anderson đã đưa ra trong một loạt bài báo của họ vô số các khái niệm mới mà chúng là các khái niệm quan trọng nhất để hiểu được các vật liệu mất trật tự. Những ý tưởng của họ đã được thực nghiệm xác nhận ở mức độ lớn và chúng là nền tảng cho những phát triển kỹ thuật quan trọng.

Các tính chất điện của các tinh thể được mô tả bởi lý thuyết vùng (band theory). Lý thuyết này đưa ra sự phân loại đối với độ dẫn trong các kim loại, bán dẫn và điện môi. Tuy nhiên, lý thuyết vùng không có giá trị phổ biến. Chẳng hạn như oxit nicken theo lý thuyết này cần phải là một chất dẫn kim loại nhưng thực tế nó là một điện môi. Mott chỉ ra có thể giải thích điều này nhờ một lý thuyết tinh vi trong đó tính đến tương tác điện tử – điện tử. Điều này dẫn đến nghiên cứu cái gọi là chuyển tiếp Mott. Nhờ chuyển tiếp này, một kim loại nào đó có thể trở thành điện môi khi mật độ điện tử giảm bằng cách tách các nguyên tử ra khỏi nhau theo một cách thuận lợi nào đó.

Mott đã nghiên cứu đến tầm quan trọng của sự tương tác giữa các điện tử. Các điện tử thực sự thích “nhảy múa” thành các cặp và có một sự đẩy lẫn nhau giữa các cặp này. Sự đẩy này đôi khi làm cho các cặp có thể bảo vệ các miền riêng của chúng và dừng vũ điệu “tay trong tay” mà nó cần đối với độ dẫn điện tử trong vật liệu. Lý thuyết về các chuyển tiếp Mott và các chuyển tiếp Mott – Anderson hiện nay đóng vai trò quan trọng công nghệ vật liệu. Anderson và Mott chỉ ra rằng sự mất trật tự hoàn toàn điều khiển được về mặt kỹ thuật cũng quan trọng ngang với sự trật tự hoàn hảo.

Giải Nobel Vật lý năm 1977 nhấn mạnh đến các công trình của Anderson, Mott và vanVleck liên quan đến tương tác điện tử – điện tử và sự liên kết giữa các chuyển động của các điện tử và các hạt nhân nguyên tử trong các vật liệu từ và mất trật tự. Các nghiên cứu của họ trong đó cần nhấn mạnh đến các trạng thái điện tử định xứ đã vượt xa khỏi các lý thuyết thông thường với tầm quan trọng trực tiếp đối với thực nghiệm và công nghệ. Qua các công trình nghiên cứu của mình, họ đã chỉ ra rằng sự hiểu biết thuật biên đạo múa (choreography) điện tử không chỉ rất đẹp theo quan điểm khoa học mà còn có tầm quan trọng đặc biệt cho sự phát triển của công nghệ hiện nay.

Tác giả bài viết: PGS. TS. Nguyễn Quang Học

February 12, 2012

0 responses on "nobel vật lý 1977"

Leave a Message

Your email address will not be published.

inPhysic is an online education site which imparts knowledge and skills to million of users worldwide.

280 an dương vương, phường 4 quận 5,  Hồ Chí Minh
0976 905 317
[email protected] | [email protected] | [email protected]

Top Categories

january, 2021

No Events

top
X