针对物质的拓扑(Topology)相变研究——例如瞬态量子状态变成超导现象，其重要性已经获得瑞典皇家科学院(The Royal Swedish Academy of Sciences)决议颁发诺贝尔物理奖(Nobel Prize)了。2016年的诺贝尔物理奖得主是美国华盛顿大学(University of Washington)教授David Thouless (获1/2奖金)、普林斯顿大学(Princeton University)教授Duncan Haldane (获1/4奖金)以及布朗大学(Brown University)教授Michael Kosterlitz (获1/4奖金)。
超导、超流(superfluidity)与磁性等现象为什么能以低温存在于超薄物质中？为什么在高温下即失去这种特性，而使物质释放其拓扑特性？这些研究人员提出的拓扑理论为此提供了新的解释。
这些发现可望实现室温超导现象，但可能采取的是另一种发展路线。这不禁让人想起1972年的诺贝尔奖颁发给Leon Cooper、John Bardeen与John Schrieffer，因为他们发表了超导的BCS理论——“超导电子对”(Cooper pairs)的概念。但瑞典皇家科学院当时预期在室温超导的突破却从未实现。这一次，瑞典皇家科学院看好的是在量子计算机的突破，期望以高度抽象的拓扑概念，从量子力学开启超导研究新方向。
作者研究物质的“第五”种状态(底部)，极低的温度导致拓扑量子“凝结”，而允许诸如超导、超流与磁性等特性 （来源：瑞典皇家科学院）
基本上，瑞典皇家科学院仅声称期望拓扑研究可让传统电子变得更好，但并未引述任何新组件或工艺可实现这个目标。它有点像是在问爱因斯坦(Einstein)和怀海德(Whitehead)在上世纪提出的相对论结果。Whitehead最终被证明错误，他的名字也几乎被遗忘，但爱因斯坦的理论则启发了各种雷射、晶体管、微波、LED等各种当时不曾想象过的事物。
在低温下，物质的第五种状态——量子凝态——成对形成，但随温度升高可观察到个别的旋涡 （来源：瑞典皇家科学院）
“基本上，这些诺贝尔奖得主所做的大致可归纳为二维(2D，有些情况下只有1D)，使其得以解决在3D中过于复杂而无法了解的问题，”佛罗达州立大学(Florida State University)教授Laura Greene表示。
瑞典皇家科学院提供像导一样可在超导研究方面大幅进展的例子 （来源：瑞典皇家科学院）
当今的半导体都根据其晶格结构加以解释与操纵，并藉由其计算出电气特性。然而，这种分析并不适用于以“电子对电子”互动作为重要特性之际。高温超导体正是这种电子对电子互动极其重要的例子——其中之一是让1972年诺贝尔奖对Cooper-pairs寄予厚望。同样地，2016年诺贝尔奖希望进一步应用拓扑理论应用，以促进对于超导体“电子对电子”互动的了解。
“高温超导体是非常规的，因为其电子彼此互动的方式还不容易被理解——这是十分困难的问题，”Green表示，“我们希望掌握拓扑结构中的基本新概念，将有助于采用非传统的材料进行设计。拓扑结构的材料即使是在室温下也具有不寻常的特性，例如，拓扑绝缘体无法在散装材料通过电子，但由于存在电子对电子的作用而使其表面成为导体。”
“拓扑材料较一般金属的导电性更好，磁性也使其具备成为新型更高密度内存组件的可能性。目前有超过50种拓扑材料，有些还是有机的，”Green说，“我们希望诺贝尔奖有助于让更多人探索其特性，并进一步实现新型的电子组件。”
编译：Susan Hong
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