Невілл Френсіс Мотт

Невілл Френсіс Мотт (англ. Sir Nevill Francis Mott; 30 вересня 1905, Лідс — 8 серпня 1996, Мілтон-Кінз) — англійський фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики 1977 року, спільно з Філіпом Андерсоном і Джоном ван Флеком, «за фундаментальні теоретичні дослідження електронної структури магнітних і невпорядкованих систем».

Невілл Френсіс Мотт
англ. Sir Nevill Francis Mott
Народився	30 вересня 1905(1905-09-30) Лідс
Помер	8 серпня 1996(1996-08-08) (90 років) Мілтон-Кінз
Країна	Велика Британія
Діяльність	фізик, викладач університету
Alma mater	коледж св. Джона, Кембридж
Галузь	фізика
Заклад	університети Манчестера, Кембриджа, Бристоля
Посада	Master of Gonville and Caius College, Cambridged
Науковий ступінь	професор
Науковий керівник	Ральф Фаулер
Аспіранти, докторанти	Еміль Юліус Клаус Фукс Жак Фрідель Volker Heined Жак Фрідель Jan H. van der Merwed
Членство	Лондонське королівське товариство Леопольдина Американська академія мистецтв і наук Національна академія наук США
Відомий завдяки:	електронна структура магнітних і невпорядкованих систем
Нагороди	Королівська медаль (1953) медаль Г'юза (1941) медаль Фарадея (1973)
Невілл Френсіс Мотт у Вікісховищі

Біографія

Невілл Френсіс Мотт народився в Лідсі й був сином Ліліан Мері (до шлюбу Рейнольдс) і Чарлза Френсіса Мотта, керівника народної освіти в Ліверпулі. Його батьки познайомилися, вивчаючи фізику у Дж. Дж. Томсона в Кавендішській лабораторії Кембриджського університету. Закінчивши Кліфтон-коледж в Бристолі, Мотт поступив в коледж св. Джона в Кембриджі, де вивчав математику і теоретичну фізику, отримавши ступінь бакалавра в 1927 р.

Мотт вчився на старших курсах, коли теоретична фізика досягла значних успіхів завдяки розробці Вернером Гейзенбергом і незалежно від нього Ервіном Шредінгером принципів квантової механіки. Занурившись з головою в аспірантські дослідження, Мотт нетривалий час працював в Кембриджі під керівництвом Р. Фаулера, одного із засновників сучасної астрофізики, потім в Копенгагені під керівництвом Нільса Бора і в Геттінгені під керівництвом Макса Борна. Повернувшись до Англії в 1929 р., він протягом року читав лекції в Манчестерському університеті, де працював з В. Л. Бреггом, а потім з 1930 по 1933 р. в Гонвілл-енд-Кіз-коледжі в Кембриджі. Тут він в 1930 р. отримав ступінь магістра. Працюючи разом з Ернестом Резерфордом, Мотт займався застосуванням квантової механіки до аналізу розсіяння частинок при зіткненнях. Йому вдалося теоретично вивести знамениту емпіричну формулу Резерфорда для розсіяння альфа-часток атомними ядрами, і його викладення привели до несподіваного відкриття, що ядра гелію ідентичні альфа-часткам. При певних кутах розсіяння обчислена величина реакції подвоювалася, і цей ефект пізніше був підтверджений експериментально.

У 1933 р. у віці 28 років Мотт став професором теоретичної фізики в Бристольському університеті. Того ж року він спільно з англійським фізиком Г. Мессеєм написав книгу «Теорія атомних зіткнень» («The Theory of Atomic Collisions»). Потім Мотт зайнявся дослідженням різноманітних явищ в області фізики твердого тіла, особливо структурних властивостей металів. Він розробив теорію перехідних металів (хімічних елементів, що включають більшість звичайних металів), виділивши в них дві групи електронів, одна з яких в основному відповідала за електричну провідність, а інша — за магнітні властивості і розсіяння. Інші його дослідження були присвячені проблемам гартування металевих сплавів, випрямлення електричного струму (AC-DC перетворення), а також структурі йонних кристалів і фотографічним процесам.

Наукова діяльність

До 30-х рр. квантова механіка дозволила дослідникам пояснити різницю між металевими і неметалевими речовинами за допомогою зонної теорії. За цією теорією, енергія електронів обмежена зонами, або рівнями, характерними для даної речовини. Саме відмінність характеру цих рівнів визначає відмінність між металами і неметалами. У металах електрони можуть займати енергетичні стани, в яких вони лише слабо пов'язані з ядрами, так що вони здатні текти у вигляді електричного струму і стимулювати провідність, якщо прикласти різницю потенціалів. Беручи участь в 1937 р. в науковій конференції в Бристольському університеті, Мотт зацікавився одним фактом, що явно суперечив зонній теорії. Теоретично окисел нікелю повинен був бути металевим провідником, тоді як фактично він є ізолятором. Врахувавши в зонній теорії взаємодію між електронами, Мотт в 1949 р. прояснив властивості окислу нікелю і встановив, чому деякі речовини переходять з діелектриків в провідники при зміні густини електронів. Ці зміни, звані нині переходами Мотта, стали грати важливу роль при створенні напівпровідників (див. Ізолятор Мотта).

Під час другої світової війни Мотт займався роботами з дослідження теорії операцій, математичною теорією ухвалення рішень стосовно стратегічного планування, а також брав участь в обчисленнях дальності дії німецьких ракет «Фау-2». Після війни він повернувся до Бристоля, де в 1948 р. став директором університетської фізичної лабораторії, в 1954 р. змінив В. Л. Брегга на посаді керівника Кавендішської лабораторії в Кембриджі.

На початку 60-х рр. Мотт почав дослідження електричних властивостей аморфних (некристалічних) матеріалів (наприклад, скло), розташування молекул в яких не впорядковане і не підпорядковане якійсь закономірності. Він зацікавився цією областю в 1958 р., коли ознайомився зі статтею Філіпа В. Андерсона, присвяченій аморфним напівпровідникам. Напівпровідник це речовина, яка поводиться як ізолятор при низьких температурах і як провідник при високих температурах.

Мотт запропонував Андерсону тимчасову роботу запрошеного професора в Кембриджі, і з 1967 по 1975 р. вони разом займалися вивченням електричної провідності напівпровідників. Андерсон раніше показав, що за деяких умов електрони не спроможні дифундувати в невпорядкованих структура твердих тіл — ефект, відомий під назвою андерсонівської локалізації електронів.

Спочатку робота Андерсона не привернула уваги нікого з учених, за винятком Мотта, який, розвинувши її ідеї, зумів пояснити ряд властивостей електронів в аморфних матеріалах. Запропонована ним концепція межі рухливості описує критичний рівень енергії, що відокремлює рухомі електрони від захоплених. Він також пояснив електричну провідність, викликану присутністю малого числа сторонніх атомів, а також мінімальну провідність, при якій в невпорядкованому матеріалі або зовсім не може протікати електричний струм, або не може протікати струм, що перевищує задану величину. Ця робота привела до використання напівпровідників в сонячних батареях, фотокопірах, і багатьох інших пристроях.

Звільнившись в 1971 р. від адміністративних обов'язків після своєї відставки в Кембриджі, Мотт, за словами Браяна Піппарда, який змінив його на посаді директора Кавендішської лабораторії, «як пес, що зірвався з ланцюга, люто накинувся на роботу з аморфними матеріалами».

У 1977 Мотт одержав спільно з Андерсоном і Джоном ван Флеком Нобелівську премію з фізики «за фундаментальні теоретичні дослідження електронної структури магнітних і невпорядкованих систем». «Теорія переходів Мотта і переходів Мотта-Андерсона сьогодні грає важливу роль в розумінні властивостей певних матеріалів і в створенні нових, — сказав Пер-Улоф Левдін, член Шведської королівської академії наук, при презентації лауреатів. — Андерсон і Мотт показали, що правильно контрольований безлад може бути технічно таким же важливим, як і найдовершеніший порядок».

Крім безпосередньо наукової роботи Мотт написав кілька статей, присвячених викладанню наук, а також входив в ряд комітетів, що займалися реформою освіти. У 1969—1977 рр. він очолював раду директорів компанії «Тейлор енд Френсіс», яка займалася видавництвом наукових книг, а ще раніше, в 1959—1966 рр., стояв на чолі Гонвілл-енд-Кіз-коледжу в Кембриджі.

У 1930 Мотт одружився з Рут Елінор Гордер; у них дві дочки. На дозвіллі Мотт цікавиться історією релігії, фотографією, колекціонуванням кольорового скла і візантійських монет.

Удостоєний багатьох нагород, Мотт отримав також багато почесних вчених ступенів Оксфордського, Лондонського і Паризького університетів і цілої низки інститутів. У 1977 французький уряд нагородив його орденом «За заслуги». У 1962 він отримав дворянство.

Бібліографія

• Nevill Mott, Harrie Massey. The Theory of Atomic Collisions. — Clarendon Press, 1933. — 283 с.
• Nevill Mott, Harry Jones. The theory of the properties of metals and alloys. — Clarendon Press, 1936. — 326 с.
• R. W. Mott, N. F.; Gurney. Electronic Processes in Ionic Crystals, 2nd Edition. — Oxford, 1948. — 276 с.
• Nevill Mott. Conduction in Non-Crystalline Materials. Second Edition. — Clarendon Press, 1993. — 160 с.
• N. F. Mott, I. N. Sneddon. Wave Mechanics and Its Applications. — Dover, 1963. — 404 с.

Див. також

• Формула Мотта

Посилання

• Nobel lecture [Архівовано 3 жовтня 2008 у Wayback Machine.] (PDF)
• Sir Nevill Francis Mott [Архівовано 24 квітня 2007 у Wayback Machine.]
• Mott's memories [Архівовано 27 лютого 2008 у Wayback Machine.] University of Bristol (accessed Jan 2006)
• National Cataloguing Unit for the Archives of Contemporary Scientists Bath University
• Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992 [Архівовано 19 грудня 2008 у Wayback Machine.]