Дэйвид Джеймс Таулесс ( англ. David James Thouless ; 21 сентября 1934 ( 1934-09-21 ) — 6 апреля 2019 ) — британский и американский физик-теоретик, специалист по физике конденсированного состояния . Лауреат Нобелевской премии по физике (2016) .

Биография

Дэйвид Таулесс родился в шотландском городке Берсден, а вырос в Кембридже. Его родители были преподавателями: мать — английской литературы, а отец — психологии. Таулесс учился в Винчестерском колледже , а затем поступил в Кембриджский университет . Здесь он познакомился с Хансом Бете , который пригласил его в Корнеллский университет , где Таулесс получил степень PhD . После краткого периода работы в лаборатории имени Лоуренса , в 1959 году учёный вернулся на родину для работы в группе Рудольфа Пайерлса в Бирмингемском университете . В 1965 году Таулесс получил должность профессора математической физики в Бирмингеме, где проработал до 1980 года, когда стал профессором физики Вашингтонского университета в Сиэтле .

Учёный был женат на Маргарет Скрейз ( англ. Margaret Scrase ), с которой познакомился ещё в Корнелле и которая позже работала патобиологом в Вашингтонском университете . У них было трое детей, которые тоже стали учёными и преподавателями .

Научная деятельность

Таулесс является автором работ по ядерной физике , статистической механике и физике конденсированного состояния. Наибольшую известность получили его идеи, которые касаются топологических состояний материи и которые оказались чрезвычайно плодотворными в различных областях физики. В начале 1970-х годов совместно с Дж. Майклом Костерлицем он разработал теорию фазовых переходов в двумерных системах, согласно которой в таких системах при низких температурах существуют своеобразные топологические возмущения — так называемые вихри. Фазовый переход, связанный с разрушением таких вихрей, известен как переход Березинского — Костерлица — Таулеса . К концу 1970-х годов существование такого перехода было экспериментально подтверждено в сверхтекучем гелии ; аналогичные процессы могут наблюдаться в тонких плёнках сверхпроводящих и магнитных материалов .

В 1980-е годы в работах Таулесса была продемонстрирована топологическая природа квантового эффекта Холла , что позволило объяснить ступенчатую зависимость холловского сопротивления от магнитного поля даже при наличии в системе беспорядка. В классической работе Дэйвида Таулесса, Махито Кохмото, Питера Найтингейла и Марселя ден Нёйса, опубликованной в 1982 году в журнале Physical Review Letters , была рассмотрена задача о двумерном электронном газе в периодическом потенциале. Зонная структура такого газа представляет собой так называемую бабочку Хофштадтера , которая, как выяснилось, обладает необычным свойством: замкнутый интеграл по границе зоны Бриллюэна , описывающий холловскую проводимость, задаёт квантовое число, получившее название инварианта ТКНН (по первым буквам авторов работы). Вскоре было установлено, что этот инвариант является частным случаем числа Черна — разновидности топологического инварианта — и может быть также описан на языке фазы Берри . Применение идей топологии к физике квантового эффекта Холла впоследствии привело к открытию топологических изоляторов .

Известны также , характеризующая перенос электронов в случайных проводящих средах, и так называемый «насос Таулесса» — концепция, описывающая перенос заряда в квантовой топологической системе при адиабатическом изменении её параметров .

Награды и членства

• Член Лондонского королевского общества (1979)
• Премия Хольвека (1980)
• Член Американской академии искусств и наук (1981)
• Премия Фрица Лондона (1984)
• Член Американского физического общества (1987)
• Премия Вольфа по физике (1990)
• Медаль Дирака (1993)
• Член Национальной академии наук США (1995)
• Премия Онсагера (2000)
• Нобелевская премия по физике (2016)

Избранные публикации

Книги

• Thouless D.J. The quantum mechanics of many-body systems. — Academic Press, 1961.
  • Русский перевод: Таулес Д. Квантовая механика систем многих частиц. — М. : Мир, 1963.
  • Второе издание: Таулес Д. Квантовая механика систем многих частиц / Пер. с англ. — 2-е изд. — М. : Мир, 1975.
• Thouless D.J. Topological Quantum Numbers in Nonrelativistic Physics. — World Scientific, 1998.

Основные научные статьи

• Thouless D.J. Stability conditions and nuclear rotations in the Hartree-Fock theory // Nuclear Physics. — 1960. — Vol. 21. — P. 225—232. — doi : .
• Edwards J.T., Thouless D.J. Numerical studies of localization in disordered systems // Journal of Physics C: Solid State Physics. — 1972. — Vol. 5. — P. 807—820. — doi : .
• Kosterlitz J.M., Thouless D.J. Ordering, metastability and phase transitions in two-dimensional systems // Journal of Physics C: Solid State Physics. — 1973. — Vol. 6. — P. 1181—1203. — doi : .
• Thouless D.J. Electrons in disordered systems and the theory of localization // Physics Reports. — 1974. — Vol. 13. — P. 93—142. — doi : .
• Thouless D.J., Anderson P.W., Palmer R.G. Solution of 'Solvable model of a spin glass' // Philosophical Magazine . — 1977. — Vol. 35. — P. 593—601. — doi : .
• Thouless D.J. Maximum Metallic Resistance in Thin Wires // Physical Review Letters . — 1977. — Vol. 39. — P. 1167—1169. — doi : .
• De Almeida J.R.L., Thouless D.J. Stability of the Sherrington-Kirkpatrick solution of a spin glass model // Journal of Physics A: Mathematical and General. — 1978. — Vol. 11. — P. 983—990. — doi : .
• Anderson P.W., Thouless D.J., Abrahams E., Fisher D.S. New method for a scaling theory of localization // Physical Review B. — 1980. — Vol. 22. — P. 3519—3526. — doi : .
• Thouless D.J., Kohmoto M., Nightingale M.P., den Nijs M. Quantized Hall Conductance in a Two-Dimensional Periodic Potential // Physical Review Letters. — 1982. — Vol. 49. — P. 405—408. — doi : .
• Thouless D.J. Quantization of particle transport // Physical Review B. — 1983. — Vol. 27. — P. 6083—6087. — doi : .

Примечания

Литература

• Taroni A. David J. Thouless (1934-2019) // Nature . — 2019. — Vol. 569. — P. 193. — doi : .
• Den Nijs M. David Thouless (1934-2019) // Science . — 2019. — Vol. 364. — P. 835. — doi : .
• Den Nijs M. David James Thouless // Physics Today . — 2019. — Vol. 72, № 9 . — P. 67. — doi : .

Ссылки

• (англ.)