Пол Джозеф Стайнхардт: Космолог және физик-теоретик
Paul Steinhardt
Пол Джозеф Штайнхардт – америкалық физик, космология мен конденсатталған материя физигі. Әлемнің пайда болуы, эволюциясы және квазикристалдар зерттеуші.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Американдық теориялық физик (1952 жылы туған)
American theoretical physicist (born 1952)
| белгілі студенттер =
| танымал болғандары =
| әсер еткендер =
| әсерін тигізгендер =
| жүлделер =
| веб-сайт =
| notable students =
| known for =
| influences =
| influenced =
| prizes =
| website =
Пауль Джозеф Стейнхардт (25 желтоқсан 1952 жылы туған) – американдық теориялық физик, негізгі зерттеулері космология және конденсирленген зат физикасы саласында. Қазіргі уақытта ол Принстон университетіндегі Альберт Эйнштейн атындағы ғылым профессоры, сонымен қатар Физика және Астрофизика кафедраларында оқытушы. Стейнхардт ғаламның пайда болуы, эволюциясы және болашағы туралы жаңа теорияларды жасауымен ең жақсы танымал. Ол сондай-ақ квазикристаллдар деп аталатын жаңа материя түрін зерттеуімен де белгілі. Ол мұражайдағы үлгіде алғашқы табиғи квазикристаллды ашқанға дейін, бұл материалдар тек адам жасаған деп есептелген. Ол осы тақырыптар бойынша екі танымал кітап жазды. "Шексіз ғалам: Үлкен жарылыстан әрі" (2007), Нейл Турокпен бірге жазылған, кеңінен қабылданған Үлкен жарылыс теориясына қарсы күрестің бастапқы кезеңдерін және ғаламның серпілістік немесе циклдік теорияларының кейінгі дамуын сипаттайды. "Мүмкін емес нәрселердің екінші түрі: Жаңа материяны іздеудің ерекше жолы" (2019) – бұл оның сол кездегі студенті Дов Левинмен бірге осы тұжырымдаманы ойлап табуынан бастап, миллиардтаған жылдар бұрын пайда болған табиғи квазикристалл дәндерін қамтитын метеорит сынықтарын табу үшін Ресейдің алыс шығысына жасаған экспедициясы туралы әңгімелейді.
Paul Joseph Steinhardt (born December 25, 1952) is an American theoretical physicist whose principal research is in cosmology and condensed matter physics. He is currently the Albert Einstein Professor in Science at Princeton University, where he is on the faculty of both the Departments of Physics and of Astrophysical Sciences. Steinhardt is best known for his development of new theories of the origin, evolution and future of the universe. He is also well known for his exploration of a new form of matter, known as quasicrystals, which were thought to exist only as man made materials until he co discovered the first known natural quasicrystal in a museum sample. He has written two popular books on these topics. Endless Universe: Beyond the Big Bang (2007), co authored with Neil Turok, describes the early struggles in challenging the widely accepted big bang theory and the subsequent development of the bouncing or cyclic theories of the universe, which are currently being explored and tested. The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter (2019) recounts the story of quasicrystals from his invention of the concept with his then student Dov Levine, to his expedition to far eastern Russia to recover meteorite fragments containing natural quasicrystal grains formed billions of years ago.
Білім және мансап
1952 жылы Хелен мен Чарльз Штайнхардттардың отбасында дүниеге келген Пол Штайнхардт төрт баланың екіншісі. Ол Флорида штатының Майами қаласында өсті, сол кезде жергілікті университетке қатысып, Коралл Гейблс жоғары мектебінде оқыды. Штайнхардт 1974 жылы Калтехте физика ғылымдарының бакалавры, ал 1978 жылы Гарвард университетінде физика ғылымдарының докторы ғылыми дәрежесін алды, оның ғылыми жетекшісі Сидни Коулман болды.
Born in 1952 to Helen and Charles Steinhardt, Paul Steinhardt is the second oldest of four children. He grew up in Miami, Florida, where he attended Coral Gables Senior High School while attending classes at a local university. Steinhardt received his Bachelor of Science in Physics at Caltech in 1974, and his Ph. D. in Physics at Harvard University in 1978 where his advisor was Sidney Coleman.
Инфляциялық космология
1980 жылдардың басында Штайнхардт инфляциялық космологияның негізін қалауға көмектескен маңызды мақалалардың авторларының бірі болды. Баяу айналу инфляциясы және галактикалардың пайда болуының бастауы: 1982 жылы Штайнхардт пен Андреас Альбрехт (сондай-ақ, тәуелсіз түрде Андрей Линде) ғаламның кеңеюін байқалған тегіс және жазық күйіне түсіндіру үшін жеткілікті деңгейде жылдамдата алатын алғашқы инфляциялық модельдерді жасады, содан кейін бүгінгі қарапайым кеңеюге «сәндік түрде өтуге» мүмкіндік берді. Альбрехт-Штайнхардт мақаласы Хаббл сүргісінің инфляцияны жеткілікті ұзақ уақытқа сақтау әсерін («баяу айналу» эффектісі) алғаш рет атап өтті, бұл кейінгі инфляциялық модельдердің үлгісіне айналды. 1983 жылы Джеймс Бардин, Штайнхардт және Майкл С. Тернердің жұмысында Хаббл сүргісі маңызды рөл атқарды. Олар инфляция кезінде кванттық ауытқулардың тығыздық ауытқуларының дерлік масштабсыз спектрін қалай тудыратынын есептеу үшін сенімді, салыстырмалы түрде инвариантты әдісті алғаш рет енгізді, бұл қасиеттер кейіннен ғарыштық микротолқынды фонды бақылау арқылы біздің ғаламның ерекшеліктері екені анықталды. Тығыздық ауытқулары – галактикалардың пайда болуының бастауы. Сол кездегі бірнеше басқа топтардың есептеулері де, азырақ қатаң әдістерді қолдана отырып, ұқсас қорытындыларға келді. Мәңгілік инфляция және көп ғалам: 1982 жылы Штайнхардт мәңгілік инфляцияның алғашқы мысалын ұсынды. Кейіннен шексіз инфляция инфляциялық модельдердің жалпы ерекшелігі болып танылды, ол кеңістіктің шексіз көп бөліктерге бөлінуіне әкеледі, олардың әрқайсысы шексіз нәтижелерді қамтиды, бастапқыда ұсынылғандағы бір тегіс және жазық ғаламнан өзгеше. Кейбір космологтар кейінірек көп ғаламды қабылдаса да, Штайнхардт ол өзі жасаған теорияның болжау қабілетін толығымен жояды деп үнемі алаңдады. Себебі инфляциялық теория барлық мүмкін нәтижелерге жол беретін көп ғаламға алып келеді, сондықтан Штайнхардт инфляциялық теория ештеңе болжамайды деген қорытындыға келді. Ғарыштық микротолқынды фонға гравитациялық толқындардың әсері: 1993 жылы Роберт Криттенден, Рик Дэвис, Дж.Р. Бонд, Г. Эфстатиоу және Штайнхардт гравитациялық толқындардың B режиміндегі температуралық карталарға және микротолқынды фондық сәулеленудің поляризациясына тигізетін толық әсерін есептеуді алғаш рет жүргізді. Осы идеяны сынға алғанмен, Штайнхардттың инфляциялық теорияға қосқан үлесі 2002 жылы, ол М.И.Т. Алан Гут және Стэнфордтың Андрей Линдемен бірге Дирак сыйлығын бөліскенде мойындалды. Ғалымдардың күмәні: 2013 жылы Анна Ижас, Абрахам Лёб және Штайнхардт инфляциялық модель біздің ғаламды бұрын ойлағаннан гөрі әлдеқайда аз түсіндіретінін көрсеткен екі мақала жариялады. Олардың 2013 жылғы Планк спутнигінің нәтижелерін талдауынша, инфляция кезеңінен кейін бақылауларға сәйкес келетін ғаламды алу мүмкіндігі гугольплекстегі бірден кем. Штайнхардт және оның командасы бұл нәтижені «мүмкін емес мәселе» деп атады. Екі мақала сондай-ақ Планк спутнигінің деректері тарихта ең қарапайым инфляциялық модельдер ретінде қабылданғандарды жоққа шығарғанын және қалған инфляциялық модельдерге көбірек параметрлер, осы параметрлерді одан да дәл реттеу және одан да екіұшты бастапқы жағдайлар қажет екенін көрсетті.
Beginning in the early 1980s, Steinhardt co authored seminal papers that helped to lay the foundations of inflationary cosmology. Slow roll inflation and Generation of the seeds for galaxies: In 1982, Steinhardt and Andreas Albrecht (and, independently, Andrei Linde) constructed the first inflationary models that could speed up the expansion of the universe enough to explain the observed smoothness and flatness of the universe and then "gracefully exit" to the more modest expansion observed today. The Albrecht Steinhardt paper was the first to note the effect of Hubble friction in sustaining inflation for a sufficiently long period (the "slow roll" effect), setting the prototype for most subsequent inflationary models. Hubble friction played a critical role in the 1983 paper by James Bardeen, Steinhardt and Michael S. Turner who were the first to introduce a reliable, relativistically gauge invariant method to compute how quantum fluctuations during inflation might naturally generate a nearly scale invariant spectrum of density fluctuations with a small tilt, properties later shown by observations of the cosmic microwave background to be features of our universe. The density fluctuations are seeds about which galaxies eventually form. Contemporaneous calculations by several other groups obtained similar conclusions using less rigorous methods. Eternal inflation and the multiverse: In 1982, Steinhardt presented the first example of eternal inflation. Neverending inflation was eventually shown to be a generic feature of inflationary models that leads to a multiverse, the break up of space into an infinite multitude of patches spanning an infinite range of outcomes instead of the single smooth and flat universe, as originally hoped when first proposed. Although some cosmologists would later come to embrace the multiverse, Steinhardt consistently expressed his concern that it utterly destroys the predictive power of the theory he helped create. Because the inflationary theory leads to a multiverse that allows for every possible outcome, Steinhardt argued, we must conclude that the inflationary theory actually predicts nothing. Imprint of gravitational waves on the cosmic microwave background: In 1993, Robert Crittenden, Rick Davis, J. R. Bond, G. Efstathiou and Steinhardt performed the first calculations of the complete imprint of gravitational waves on the B mode temperature maps and on the polarization of the microwave background radiation in 1993. Despite his criticisms of the idea, Steinhardt's major contributions to the inflationary theory were recognized in 2002 when he shared the Dirac Prize with Alan Guth of M. I. T. and Andrei Linde of Stanford. The unlikeliness problem: In 2013, Anna Ijjas, Abraham Loeb and Steinhardt added to the criticisms in a widely discussed pair of papers that the inflationary model was much less likely to explain our universe than previously thought. According to their analysis of the Planck satellite 2013 results, the chances of obtaining a universe matching the observations after a period of inflation is less than one in a googolplex. Steinhardt and his team dubbed the result the "unlikeliness problem." The two papers also showed that Planck satellite data ruled out what had been historically accepted as the simplest inflationary models and that the remaining inflationary models require more parameters, more fine tuning of those parameters, and more unlikely initial conditions.
Қара энергия және қара материя
Штайнхардт ғаламның "қара жағын" зерттеуге маңызды үлес қосты: қара энергия, космологиялық тұрақты мәселесі және қара материя. Космостық үдемеленудің алғашқы дәлелі: 1995 жылы Штайнхардт пен Джеремая Острикер космологиялық байқаулардың үйлесімділігін пайдаланып, бүгінгі күні нөлдік емес қара энергия компоненті болуы керектігін көрсетті, ол жалпы энергия тығыздығының 65 пайызынан асып, ғаламның кеңеюін үдетуге жеткілікті. Бұл үш жылдан кейін, 1998 жылы суперновалардың байқаулары арқылы расталды. Квинтессенция: әріптестерімен бірге жұмыс істеп, ол уақытқа байланысты өзгеретін қара энергияның түрі – квинтессенция тұжырымын енгізді. Оны Штайнхардттың командасы алғаш рет космологиялық тұрақтыға балама ретінде ұсынды, ол (анықтама бойынша) тұрақты және өзгермейтін; квинтессенция динамикалық. Оның энергия тығыздығы мен қысымы уақыт өте келе эволюциялайды. Агравал, Обидс және Вафамен бірлескен 2018 жылғы "батпақ жерлер" туралы болжамдар жөніндегі жұмыс.
Steinhardt has made significant contributions researching the "dark side" of the universe: dark energy, the cosmological constant problem and dark matter. First evidence of cosmic acceleration: In 1995, Steinhardt and Jeremiah Ostriker used a concordance of cosmological observations to show there must be a non zero dark energy component today, more than 65 percent of the total energy density, sufficient to cause the expansion of the universe to accelerate. This was verified three years later by supernova observations in 1998. Quintessence: Working with colleagues, he subsequently introduced the concept of quintessence, a form of dark energy that varies with time. It was first posited by Steinhardt's team as an alternative to the cosmological constant, which is (by definition) constant and static; quintessence is dynamic. Its energy density and pressure evolve over time. The 2018 paper on swampland conjectures with Agrawal, Obieds and Vafa
2014 жылы Штайнхардт, Спергель және Джейсон Поллак қара материяның шағын бөлігі өте күшті өзара әрекеттесуге ие болуы мүмкін екенін ұсынды, бұл бөлшектердің жылдам бірігуіне және ертедегі аса ірі қара тесіктердің пайда болуына себеп болар еді.
In 2014, Steinhardt, Spergel and Jason Pollack have proposed that a small fraction of dark matter could have ultra strong self interactions, which would cause the particles to coalesce rapidly and collapse into seeds for early supermassive black holes.
Квазикристалдар
Теорияның дамуы: 1983 жылы Штайнхардт және оның сол кездегі студенті Дов Левин патенттік жариялауда квазикристаллдардың теориялық тұжырымдамасын алғаш рет енгізді. Теорияда қатты заттар үшін бұрын мүмкін емес деп саналған айналу симметриясы бар Пенроуз плиткаларына ұқсас, қатты заттардың жаңа фазасының болуы ұсынылды. Стейнхардт пен Левин жаңа материя фазасын "квазикристалл" деп атады. Бұрын-соңды болмаған атомдық құрылымда, әдеттегі кристаллдарға тән кезеңдік ретке емес, квазипериодикалық атомдық ретке ие болды. Жаңа теория 200 жылдық ғылыми догманы жоққа шығарды және квазикристаллдар материяның симметриясы туралы бұрын қабылданған математикалық теоремалардың барлығын бұза алатынын дәлелдеді. Бір кезде қатты денелерге тыйым салынған симметриялар, квазикристаллдар үшін, соның ішінде бес есе симметрия мен үш өлшемді икосаэдрлі симметрияның осьтері бар қатты денелер үшін мүмкін. Синтетикалық квазикристаллдың алғашқы мысалы: Стейнхардт пен Левинге бір мезгілде, бірақ өз бетінше жұмыс істеп жүрген, Ұлттық Стандарттар бюросындағы (NBS) Дэн Шехтман, Илан Блех, Денис Гратиас және Джон Кан, олар түсіндіре алмаған тәжірибелік жаңалыққа назар аударды. Бұл – манган мен алюминийдің ерекше қорытпасы, оның дифракциялық үлгісі өткір (бірақ мүлдем нүктелік емес) нүктелер сияқты көрінді, олар белгілі кристаллдық құрылымға сәйкес келмейтін икосаэдрлі симметриямен орналастырылды. Қоспа алғаш рет 1982 жылы байқалды, бірақ нәтижелер 1984 жылдың қарашасына дейін, одан да сенімді деректер алынғаннан кейін жарияланбады. Теориялық пікірталастар тиімді аяқталды және Стейнхардт-Левин теориясы кеңінен танылды. Алғашқы сегіз жыл бойы іздеулер нәтиже бермеді. 2007 жылы итальяндық ғалым Лука Бинди, ол кезде Флоренция университетінің минералдар коллекциясының кураторы, командаға қосылды. Бірнеше миллиметрге тең бұл ұсақ дана "хатиркит" деген жазуы бар қорапқа салынған. Бұл, мыс пен алюминийден тұратын әдеттегі кристалл. 2009 жылдың 2 қаңтарында Штайнхардт пен Принстонның бейнелеу орталығының директоры Нан Яо материалды тексеріп, икосаэдрлік квазикристаллдың дифракциялық үлгісін анықтады. Бұл алғашқы табиғи квазикристалл. Табиғи квазикристалдар: Қосымша зерттеулер Чукотка үлгілерінде басқа жаңа минералдарды анықтады. 2014 жылы осы минералдардың бірі алюминий, никель және темірдің кристалл фазасы (Al38Ni33Fe30) екені анықталды. 2015 жылы екінші табиғи квазикристалл түрі сол метеориттің басқа да дәнінен табылды. Екінші белгілі табиғи квазикристалл алюминий, никель және темірдің (Al71Ni24Fe5) басқа қоспасы болып табылды және он бұрышты симметрияға ие болды (әрқайсысы 10 есе симметрияға ие атомдық қабаттардың тұрақты үйілуі). Халықаралық минералогиялық қауымдастық оны қабылдап, "декагонит" деген атау берді. Сондай-ақ, тағы үш кристалды минерал табылды және Стейнхардтың квазикристалл зерттеулеріне қатысқан әріптестерінің есімімен аталды: "холлистерит", Принстон петрологы Линкольн Холлистер үшін; "криачкоит", орыс геологы Валерий Криачко үшін; және "столперит", Калтехтің бұрынғы проректоры Эд Столпер үшін. Тринититтегі бірегей квазикристаллдың ашылуы ядролық криминалистика саласын өзгерте алады, бұл құқық қорғау органдарына болашақтағы террорлық шабуылдарды болдырмауға көмектесетін жаңа диагностикалық құралға әкеледі. Квазикристаллдарды (радиоактивті қалдықтар мен газдардан айырмашылығы, олар ыдырамайды) атом қаруының қолтаңбасын анықтау және кінәлілерді іздеу үшін қолдану арқылы. Бұл салаға басқа да үлес қосқандар: Штайнхардт және оның әріптестері квазикристалдардың ерекше математикалық және физикалық қасиеттерін түсінуге елеулі үлес қосты, оның ішінде квазикристаллдардың қалай және неге пайда болатыны және олардың икемділігі мен гидродинамикалық қасиеттері туралы теориялар. Питер Дж. Лу мен Штайнхардт Иранның Исфахан қаласында Дарб-э-Имам ғибадатханасында (1453 ж.) гирих плиткаларынан жасалған квазикристалл тәрізді ислам плиткасын тапты. 2007 жылы олар ертедегі суретшілердің күрделеніп келе жатқан кезеңдік гирих үлгілерін қалай жасағанын анықтады. Бұл ертедегі жобалар Пенроуз үлгілері мен Стейнхардт-Левиннің квазикристалл теориясы ашылғанға дейін бес ғасыр бұрын, кем дегенде, кемелді квазикристалл үлгісінің дамуына әкелгені көрінді. Бұл материалдар шекті жиілік диапазонында (немесе түстерде) жарықты бөледі және жартылай өткізгіш энергияның шекті диапазонында электрондарды бөлетін жолға ұқсас, осы диапазоннан тыс жиіліктермен жарықты өткізеді. Гипербіртізгілік ретсіз қатты денелер (HUDS): Сальваторе Торкуато және Мариан Флорескумен жұмыс істеп, 2009 жылы Штайнхардт жаңа класты фотондық материалдарды, гипербіртізгілік ретсіз қатты денелерді (HUDS) ашты және диэлектрлік элементтердің гипербіртізгілік ретсіз орналасуынан тұратын қатты денелер мүкемел сфералық симметриямен жарық өткізбейтін жолақтарды жасайтынын көрсетті. Оптикалық байланыс, фотондық компьютерлер, энергия жинау, бейсызықты оптика және жарық көздерін жақсарту сияқты көптеген қолданыстарда қолданылатын жарық үшін изотропты жартылай өткізгіштер сияқты әрекет ететін бұл материалдар. Фоамтоника: 2019 жылы Штайнхардт, Майкл Клатт және Торкуато "фоамтоника" идеясын ұсынды, бұл көпір сияқты дизайнға негізделген фотондық материалдарға қатысты. Олар ең танымал кристаллды көпір құрылымдары, Кельвин көпірлері мен Вейре-Фелан көпірлерінің көпір жиектерін (көпір көпіршіктері арасындағы қиылыстар) диэлектрлік материалға айналдыру арқылы жасалған желілік құрылымдарда үлкен фотондық жарық өткізбейтін жолақтардың пайда болатынын көрсетті. Etaphase Inc.: Штайнхардт пен оның Принстон әріптестерінің метаматериалдардағы жетістіктерінің коммерциялық қолданыстары бар. 2012 жылы ғалымдар Etaphase деп аталатын стартап компаниясын құруға көмектесті, ол өз жаңалықтарын жоғары өнімді өнімдердің кең ауқымына қолданады. Өнертабыстар интегралды схемалар, құрылымдық материалдар, фотоника, байланыс, чиптен чипке байланыс, чип ішіндегі байланыс, сенсорлар, деректерді жеткізу, желілік технологиялар және күн энергиясы салаларында қолданылады.
Development of the theory: In 1983, Steinhardt and his then student Dov Levine first introduced the theoretical concept of quasicrystals in a patent disclosure. The theory proposed the existence of a new phase of solid matter analogous to Penrose tilings with rotational symmetries previously thought to be impossible for solids. Steinhardt and Levine named the new phase of matter a "quasicrystal." The never before seen atomic structure had quasiperiodic atomic ordering, rather than the periodic ordering characteristic of conventional crystals. The new theory overturned 200 years of scientific dogma and proved that quasicrystals could violate all of the previously accepted mathematical theorems about the symmetry of matter. Symmetries once thought to be forbidden for solids are actually possible for quasicrystals, including solids with axes of five fold symmetry and three dimensional icosahedral symmetry. The first reported example of a synthetic quasicrystal: Working simultaneously to, but independently of, Steinhardt and Levine, Dan Shechtman, Ilan Blech, Denis Gratias and John Cahn at the National Bureau of Standards (NBS) were focused on an experimental discovery they could not explain. It was an unusual alloy of manganese and aluminum with a diffraction pattern of what appeared to be sharp (though not perfectly point like) spots arranged with icosahedral symmetry that did not fit any known crystal structure. The alloy was first noted in 1982, but results were not published until November 1984 after more convincing data had been obtained. The theoretical debate was effectively ended and the Steinhardt Levine theory gained wide acceptance. For the first eight years, the search yielded no results. In 2007, Italian scientist Luca Bindi, then curator of the mineral collection at the Universite’ di Firenze, joined the team. The tiny specimen, a few millimeters across, had been packed away in a box labeled "khatyrkite," which is an ordinary crystal composed of copper and aluminum. On January 2, 2009, Steinhardt and Nan Yao, director of the Princeton Imaging Center, examined the material and identified the signature diffraction pattern of an icosahedral quasicrystal. This was the first known natural quasicrystal. More natural quasicrystals: Further studies revealed other new minerals in the Chukotka samples. In 2014, one of those minerals was discovered to be a crystalline phase of aluminum, nickel and iron (Al38Ni33Fe30). It was accepted by the International Mineralogical Association and named "steinhardtite" in Steinhardt's honor In 2015, a second type of natural quasicrystal was discovered in a different grain of the same meteorite. The second known natural quasicrystal was found to be a different mixture of aluminum, nickel and iron (Al71Ni24Fe5) and had a decagonal symmetry (a regularly stacking of atomic layers which each have 10 fold symmetry). It was accepted by the International Mineralogical Association and given the name "decagonite." Three more crystalline minerals were also discovered and named after colleagues involved in Steinhardt's quasicrystal research: "hollisterite," for Princeton petrologist Lincoln Hollister; "kryachkoite," for Russian geologist Valery Kryachko; and "stolperite," for Caltech's former provost Ed Stolper. The discovery of a unique quasicrystal in trinitite could transform the field of nuclear forensics, leading to a new diagnostic tool which could help law enforcement prevent future terrorist attacks by using quasicrystals (which unlike radioactive debris and gases do not decay) to identify the signature of an atomic weapon and track down the culprits. Other contributions to the field: Steinhardt and his collaborators have made significant contributions to understanding the quasicrystals’ unique mathematical and physical properties, including theories of how and why quasicrystals form and their elastic and hydrodynamics properties. Peter J. Lu and Steinhardt discovered a quasicrystalline Islamic tiling on the Darb e Imam Shrine (1453 A. D.) in Isfahan, Iran constructed from girih tiles. In 2007, they deciphered the manner in which early artists created increasingly complex periodic girih patterns. Those early designs were shown to have culminated in the development of a nearly perfect quasi crystalline pattern five centuries before the discovery of Penrose patterns and the Steinhardt Levine quasicrystal theory. These materials block light for a finite range of frequencies (or colors) and let pass light with frequencies outside that band, similar to the way in which a semiconductor blocks electrons for a finite range of energies. Hyperuniform disordered solids (HUDS): Working with Salvatore Torquato and Marian Florescu, in 2009 Steinhardt discovered a new class of photonic materials called hyperuniform disordered solids (HUDS), and showed that solids consisting of a hyperuniform disordered arrangement of dielectric elements produce band gaps with perfect spherical symmetry. These materials, which act as isotropic semiconductors for light, can be used to control and manipulate light in a wide range of applications including optical communications, photonic computers, energy harvesting, non linear optics and improved light sources. Phoamtonics: In 2019, Steinhardt, along with Michael Klatt and Torquato, introduced the idea of "phoamtonics," which refers to photonic materials based on foam like designs. They showed that large photonic bandgaps could arise in network structures created by converting the foam edges (intersections between foam bubbles) to a dielectric material for the two most famous crystalline foam structures, Kelvin foams and Weiare Phelan foams. Etaphase Inc.: The meta material breakthroughs by Steinhardt and his Princeton colleagues have valuable commercial applications. In 2012, the scientists helped create a start up company called Etaphase, which will apply their discoveries to a wide range of high performance products. The inventions will be used in integrated circuits, structural materials, photonics, communications, chip to chip communications, intra chip communications, sensors, datacomm, networking, and solar applications.
Аморфты қатты денелер
Штайнхардтың материяның ретсіз формалары жөніндегі зерттеулері шынылар, аморфты жартылай өткізгіштер және аморфты металдардың құрылымы мен қасиеттеріне шоғырланған. Ол 1973 жылы Caltech-те студент болып оқып жүрген кезінде шыны мен аморфты кремнийдің алғашқы компьютерлік үлгісін – үздіксіз кездейсоқ желіні (CRN) құрастырды. CRN бүгінгі күні аморфты кремний және басқа жартылай өткізгіштердің басты моделі болып табылады. Ричард Альбен және Д. Уиермен бірлесіп жұмыс істеп, ол компьютерлік үлгіні құрылымдық және электрондық қасиеттерді болжау үшін пайдаланды. Дэвид Нельсон және Марко Рончеттимен бірге Штайнхардт 1981 жылы сұйықтықтар мен қатты денелердегі атомдар арасындағы байланыстардың дәлдігін анықтауға арналған "бағдарлау реті параметрлері" деп аталатын математикалық формулаларды жасады. Оларды моноатомдық суперсуытылған сұйықтықтардың компьютерлік моделеуіне қолдану арқылы, олар сұйықтықтар салқындағанда атомдардың шектеулі ауқымдағы икосаэдрлік (футбол добы тәрізді) байланыс бағдарлау ретімен орналасатынын көрсетті.
Steinhardt's research in disordered forms of matter has centered on the structure and properties of glasses and amorphous semiconductors, and amorphous metals. He constructed the first computer generated continuous random network (CRN) model of glass and amorphous silicon in 1973, while still an undergraduate at Caltech. CRNs remain the leading model of amorphous silicon and other semiconductors today. Working with Richard Alben and D. Weaire, he used the computer model to predict structural and electronic properties. Working with David Nelson and Marco Ronchetti, Steinhardt formulated mathematical expressions, known as "orientational order parameters", for computing the degree of alignment of interatomic bonds in liquids and solids in 1981. Applying them to computer simulations of monatomic supercooled liquids, they showed that the atoms form arrangements with finite range icosahedral (soccer ball like) bond orientational order as liquids cool.
Құрмет пен марапаттар
1986 жылы Штайнхардт американдық физика қоғамының мүшесі болып сайланды, оның космологияға және квазикристаллдарды теориялық тұрғыдан түсінуге қосқан үлесі ескерілді. 1994 жылы ол Гуггенхайм стипендиясын алды. 1998 жылы АҚШ Ұлттық ғылым академиясының мүшесі болып сайланды. 2002 жылы Штайнхардт ғаламның инфляциялық моделі жөніндегі жұмысы үшін Халықаралық теориялық физика орталығының П.А.М. Дирак медалімен марапатталды. Ол бұл сыйлықты MIT-тен Алан Гут пен Стэнфордтан Андрей Линдемен бөлісті. 2012 жылы квазикристаллдар жөніндегі жұмысы үшін Джон Скотт сыйлығын алды. 2012 жылы Штайнхардт Гарвардтағы Радифлиф институтының теориялық физика саласындағы Simons стипендиаты және Radcliffe стипендиаты атанды. 2014 жылы ол Caltech үздік түлектері сыйлығын алды. 2014 жылы Халықаралық минералогиялық қауымдастық Хатырка метеоритінен жаңа минералды табиғи минералдардың ресми тізіміне енгізіп, оны оның құрметіне "штайнхардтит" деп атады. 2020 жылы ол Нильс Бор институтының Құрмет медалін алды.
In 1986, Steinhardt was elected as a Fellow in the American Physical Society in recognition of his contributions to cosmology and to the theoretical understanding of quasicrystals. In 1994, he was named a Guggenheim Fellow. In 1998, he was elected to the United States National Academy of Sciences. In 2002, Steinhardt was honored for his work on the inflationary model of the universe with the P. A. M. Dirac Medal from the International Centre for Theoretical Physics. He shared the award with Alan Guth of MIT and Andrei Linde of Stanford. In 2012, he received the John Scott Award for his work on quasicrystals. In 2012, Steinhardt was named Simons Fellow in Theoretical Physics and Radcliffe Fellow at the Radcliffe Institute for Advanced Study at Harvard. In 2014, he received the Caltech Distinguished Alumni Award. In 2014, the International Mineralogical Association accepted a new mineral from the Khatyrka meteorite into the official catalogue of natural minerals, and named it "steinhardtite" in his honor. In 2020, he received the Niels Bohr Institute Medal of Honour.