Kirill Borisovich Tolpygo ( ucraniano : Кирилo Борисович Толпиго ; ruso : Кирилл Борисович Толпыго ; 3 de mayo de 1916 - 13 de mayo de 1994) fue un físico soviético y miembro correspondiente de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania . Fue reconocido por sus trabajos sobre la teoría de la materia condensada ; la teoría de los espectros de fonones en cristales ; estructura electrónica y defectos en aislantes y semiconductores ; y biofísica . Creó el Departamento de Física Teórica y el Departamento de Biofísica en la Universidad Nacional de Donetsk . [1] Tolpygo fue profesor, mentor y asesor científico de estudiantes de posgrado. Tolpygo fue condecorado con la Orden de la Gran Guerra Patria (2.º grado).
Tolpygo nació durante la Primera Guerra Mundial en Kiev , Ucrania , entonces parte del Imperio ruso . Su padre, Boris Nikolaevich Tolpygo (1889 - 1958) fue un jurista que recibió la Orden de San Estanislao por sus servicios al ejército ruso durante la Primera Guerra Mundial. La madre de Tolpygo, Tatiana B. Bukreeva (1889 - 1992), era hija de Boris Yakovlevich Bukreev , matemático y geómetra de la Universidad de Kiev (Universidad de San Volodymyr, Kiev). [2] En 1923, el padre de Tolpygo fue arrestado por la Cheka , por supuestas actividades "contrarrevolucionarias". [3] Gracias a la intervención de individuos como Raymond Poincaré , presidente de Francia , evitó la ejecución y fue condenado a 10 años de trabajos forzados. [4] En 1947, el padre de Tolpygo fue nuevamente encarcelado. No regresó a Kiev hasta 1957, poco antes de su muerte, por lo que Tolpygo creció en la familia de su abuelo, Boris Y. Bukreev.
La vida de Tolpygo se complicó por ser hijo de un preso político. Sin embargo, se le permitió ingresar a la Universidad de Kiev . Después de graduarse en la Facultad de Física y Matemáticas en 1939, realizó estudios de posgrado en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania y comenzó su trabajo de investigación en física teórica. Su asesor científico fue Solomon Isaakovich Pekar , creador de la teoría de los polarones . [5] [6]
En noviembre de 1939, Tolpygo fue reclutado en el Ejército Rojo y sirvió en la sección de artillería durante la Segunda Guerra Mundial de 1941 a 1945. Fue herido durante la Ofensiva de Yelnya en 1941. Regresó a Kiev en 1945 cuando todos los físicos fueron llamados de vuelta del servicio activo para trabajar en la bomba atómica y otros proyectos, y para restaurar universidades e instituciones de investigación destruidas durante la guerra.
Al regresar a Kiev, Tolpygo reanudó el trabajo en su tesis doctoral y ayudó a restaurar la Universidad. De 1945 a 1966, Tolpygo enseñó física teórica en la Universidad Estatal de Kiev . Uno de sus estudiantes fue Emmanuel Rashba , quien se convirtió en un destacado físico teórico y atribuyó su éxito en gran parte a la guía y el apoyo de Tolpygo. [7] Desde 1963, Tolpygo fue profesor de Física y de 1960 a 1966 fue presidente del Departamento de Física Teórica. Al mismo tiempo, de 1948 a 1960, trabajó como científico superior en el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania , Kiev. Recibió su título de Candidato de Ciencias (PhD) en 1949 y su Doctorado en Ciencias en 1962. En 1965 fue elegido Miembro Correspondiente de la Academia de Ciencias de la URSS.
En 1966, Tolpygo se mudó con su familia de Kiev a Donetsk, Ucrania. De 1966 a 1988 trabajó como jefe del Departamento de Física Teórica en el Instituto Físico-Técnico de Donetsk (DonPTI) de la Academia de Ciencias de Ucrania y, al mismo tiempo, fue profesor y director del Departamento de Física Teórica en la Universidad Estatal de Donetsk.
Tolpygo se unió al movimiento de los " sesenta " (shestidesiatniki) y firmó una carta a las autoridades soviéticas en apoyo de los disidentes Alexander Ginzburg y Yuri Galanskov . Como resultado, su puesto en la Universidad de Kiev se vio comprometido. En ese momento, el académico Alexander A. Galkin estaba organizando un nuevo centro científico en Donetsk, Ucrania. Su objetivo era descentralizar la investigación científica y promover la ciencia y la tecnología en la Ucrania regional. [8] Galkin convenció a Tolpygo para que se uniera a él en Donetsk y creara allí una nueva escuela de física teórica, lejos del escrutinio político.
Desde 1988 hasta su muerte en 1994, Tolpygo trabajó como científico principal en el DonPTI y continuó enseñando física en la universidad. Tolpygo también disfrutaba de la música. Practicaba el piano con regularidad. Las sonatas para piano de Beethoven estaban entre sus favoritas. En sus últimos años, Tolpygo desarrolló un interés por la ecología y el ambientalismo .
Tolpygo tuvo cuatro hijos: Alexey (matemático, ajedrecista y escritor político) y Natalia (músico y profesora de piano) de su primer matrimonio en 1946 con Oksana Fedorivna Tomasevych, física teórica, y Sergey (físico de materia condensada) y Vladimir (científico de materiales), de un segundo matrimonio en 1959 con Yelena Isaakovna Kaplunova Tolpygo, también física.
Entre 1949 y 1956, Tolpygo construyó una teoría mecánico-cuántica de la dinámica de la red cristalina . Incluía la deformación de las capas electrónicas de iones y los efectos del retardo. [9] [10] En la teoría de la dinámica de la red cristalina, este modelo ahora se conoce como modelo de Tolpygo, un modelo de iones deformables o un "modelo de capas". [11] [12] En 1950, predijo estados ligados de fotones y fonones ópticos en cristales iónicos , ahora conocidos como polaritones de red . [9] Un año después, Kun Huang obtuvo el mismo resultado de forma independiente utilizando un método diferente. Estos estados mixtos se investigaron posteriormente experimentalmente. SI Pekar propuso nombrar a estos estados "excitones ligeros". Sin embargo, este nombre no se mantuvo y se utiliza el término polaritones propuesto por Hopfield.
Más tarde, Tolpygo generalizó su teoría para describir cristales homopolares (Si, Ge, diamante, etc.), criocristales de gases nobles y cristales moleculares introduciendo interacciones de Coulomb de largo alcance en su dinámica reticular. [13] [14] [15] [16] Sobre esta base, desarrolló una teoría microscópica de las propiedades ópticas y elásticas de los cristales. Se predijeron varios efectos nuevos, por ejemplo, la generación de un campo eléctrico (onda electromagnética) en un cristal por una deformación no uniforme (onda). Este efecto ahora se conoce como efecto flexoeléctrico. En 1961, Tolpygo predijo la generación de sonido al mover portadores de corriente, ahora un efecto bien conocido en acustoelectrónica . Tolpygo aplicó su teoría de iones deformables para estudiar los estados localizados de pequeño radio de los electrones en sólidos. Esta teoría explicó la interacción de los electrones con los fonones de todas las ramas y longitudes de onda, y se aplicó a la teoría de polaritones , centros F y excitones en cristales de haluros alcalinos.
Tolpygo también trabajó en fenómenos cinéticos en semiconductores y su teoría fenomenológica: teoría de difusión de portadores bipolares, [17] [18] [19] [20] teoría de emisión térmica , [21] [22] [23] efecto fotovoltaico , [24] uniones pn , [25] [26] teoría de rectificación térmica, [27] fenómenos de superficie, etc.
Tolpygo también trabajó en la teoría de "muchos electrones" de los cristales: desarrollo de un método eficiente para contabilizar las correlaciones electrónicas en la teoría de bandas ; justificación del modelo cuasi-molecular de los cristales de valencia; y la teoría de su absorción óptica basada en un modelo de excitones de Frenkel metaestables . Desarrolló una teoría de la formación de defectos en la absorción óptica intrínseca; una teoría microscópica de la absorción óptica por cristales; y una teoría microscópica de la radiación de Cherenkov como resultado de la generación de excitones de luz ( polaritones ) por el campo de un electrón relativista en movimiento. [28] [29] [30] [31] [32]
Además de la física de la materia condensada , Tolpygo también estaba interesado en la biofísica . Propuso una teoría microscópica original de la contracción muscular basada en la idea de que la energía de descomposición de la molécula de trifosfato de adenosina (ATP) se transfiere a lo largo de las cadenas de enlaces de hidrógeno entre los polímeros de actina y miosina provocando su movimiento mutuo. [33] Esta teoría le permitió explicar las características experimentales de la contracción muscular , como la relación entre la tensión y la velocidad según lo descrito por el modelo muscular de Hill . También estudió los mecanismos de las mutaciones [34] e investigó las excitaciones no radiativas de los protones en los enlaces de hidrógeno del ADN . Predijo una nueva cuasipartícula , el excitón protónico , e investigó sus propiedades. [35]