Кейн, Чарльз

В 1985 году получил степень бакалавра наук по физике в Чикагском университете. В 1989 году защитил диссертацию на степень доктора философии (Ph.D.) по физике в Массачусетском технологическом институте; его научным руководителем был Патрик Ли^[6].

С 1989 по 1991 год был постдокторантом в исследовательском центре IBM T.J. Watson Research Center. В 1991 году начал работать в Пенсильванском университете^[7], где последовательно занимал должности ассистента-профессора, адъюнкт-профессора и профессора. С 2016 года является выдающимся профессором физики имени Кристофера Х. Брауна (Christopher H. Browne Distinguished Professor of Physics).

Чарльз Кейн наиболее известен своими основополагающими работами, которые привели к теоретическому предсказанию нового класса материалов — топологических изоляторов. Его исследования открыли новое направление в физике конденсированного состояния и рассматриваются как имеющие значительный потенциал для применения в сверхэффективных электронных устройствах и квантовых компьютерах. Неоднократно упоминался как вероятный кандидат на Нобелевскую премию^[8].

Ключевым достижением Кейна, разработанным совместно с Юджином Меле, стало теоретическое предсказание квантового спинового эффекта Холла. Это явление представляет собой новое состояние вещества, в котором проводимость обеспечивается не зарядом электрона, а его спином, что позволяет передавать ток практически без потерь энергии. Развивая эти идеи, в 2007 году Кейн с коллегами представил теоретические доказательства возможности существования трёхмерных топологических изоляторов в природе. Они предсказали конкретные материалы, в которых это явление должно наблюдаться, что впоследствии было подтверждено экспериментально.

Особенность топологических изоляторов заключается в том, что они являются изоляторами в своём объёме, но проводят электрический ток по поверхности. Эти поверхностные проводящие состояния являются «топологически защищёнными», что делает их устойчивыми к примесям и дефектам в кристаллической структуре материала^[9].

Под руководством Чарльза Кейна защитили диссертации несколько учёных, впоследствии сделавших успешную научную карьеру. К наиболее известным из них относятся:

• Лян Фу (англ. Liang Fu) — получил степень PhD в Пенсильванском университете в 2009 году^[10]. Их совместные с Кейном работы по предсказанию трёхмерных топологических изоляторов считаются фундаментальными в этой области. Впоследствии стал профессором физики в Массачусетском технологическом институте^[10].
• Джеффри Тео (англ. Jeffrey C. Y. Teo) — получил степень PhD в Пенсильванском университете в 2012 году^[11]. Является соавтором ряда ключевых статей Кейна и Фу, посвящённых топологическим фазам материи^[10]. По состоянию на 2020-е годы — доцент (Assistant Professor) в Университете Вирджинии^[12].