В Аахене Дебай (так он стал писать свою фамилию) проявил интерес к химии и физике. Один из его преподавателей разрешил ему проводить эксперименты в институтской физической лаборатории, когда она была свободна. Будучи студентом последнего курса, он стал ассистентом
Арнольда Зоммерфельда, будущего профессора технической механики.
В 1906, после получения диплома инженера-электрика, Дебай вслед за Зоммерфельдом перешел в Мюнхенский университет, где в течение пяти лет работал его помощником. В 1908 Дебай завершил диссертацию о давлении света на шары, обладающие электрическими свойствами, и получил степень доктора по физике.
Через два года начал работать лектором Мюнхенского университета, но покинул его в 1911, направившись в Цюрихский университет в Швейцарию к
А.Эйнштейну, где стал профессором теоретической физики. В Цюрихе Дебай начал свои классические структурные исследования.
В 1912 Дебай перешел в Утрехтский университет в Нидерландах, а уже через два года был профессором теоретической физики Гёттингенского университета, где оставался следующие шесть лет.
В 1920 вернулся в Швейцарию, где стал директором Физического института при Федеральном технологическом институте, являясь одновременно профессором Цюрихского университета.
В 1927–1934-х Дебай в Лейпцигском университете изучал дифракцию рентгеновского излучения в газах и продолжал исследования теории дипольных молекул и электролитов, затем перешел в Берлинский университет, где под его контролем создавался Институт физики кайзера Вильгельма (ныне Институт Макса Планка). Здесь он продолжил работы с дифракцией в газах.
В 1936 Дебай получил Нобелевскую премию «за вклад в знание о структуре молекул своими исследованиями дипольных моментов, а также дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах».
Дебай развил представления о структуре конденсированного состояния: предложил модель твердого тела, согласно которой его внутренняя энергия определяется не колебаниями отдельных атомов, а стоячими волнами (фононами), которые имеют конечный диапазон частот, соответствующий числу степеней свободы; пересмотрел квантовую теорию Эйнштейна об удельной теплоемкости и вывел формулу для вычисления ассоциативной температуры, которую называют температурой Дебая, а также показал, что при низких
температурах теплоемкость кристаллической решетки пропорциональна кубу абсолютной температуры; разработал теорию теплопроводности кристаллических диэлектриков, а также дипольную теорию диэлектриков, основанную на представлениях о молекулах как о жестких диполях; основываясь на открытии Макса фон Лауэ (Нобелевский лауреат по физике, 1914), что рентгеновские лучи, проходя через кристаллы, дифрагируют или отклоняются в зависимости от природы исследуемого образца, продемонстрировал взаимосвязь между дифрагированными пучками и тепловым движением атомов в кристаллах; предложил (1916) совместно с Паулем Шеррером (Paul Scherrer, 1890–1969) метод наблюдения дифракции рентгеновских лучей в кристаллических порошках (и жидкостях), нашедший применение в исследовании структуры молекул; в 1923 создал теорию комптоновского эффекта, (названного в честь Нобелевского лауреата по физике (1927) Артура Xолли Комптона), давшую дополнительное подтверждение корпускулярно-волновой природы света. Дебай установил особенности структуры веществ в растворах: исследовал (с 1912) дипольные моменты молекул в растворах полярных и неполярных растворителей и создал теорию дипольных моментов; совместно с Эрихом Армандом Артуром Йозефом Хюккелем (Erich Armand Arthur Joseph Hückel, 1896–1980) разработал (1923) теорию сильных электролитов (теория Дебая – Хюккеля).
Дебай внес новые представления о структуре вещества в газовой фазе, измеряя межатомные расстояния с помощью дифракции рентгеновских лучей, используя электролиты.
К теоретической значимости его открытий позднее добавились работы, с помощью которых были улучшены методы производства взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, красителей и др.
В 1939 Дебай был уволен из лаборатории из-за отсутствия немецкого гражданства. Он отправился читать Бейкеровские лекции в Корнелльский университет в Итаку (штат Нью-Йорк), где, наконец, закончились его скитания. Он остался там, став деканом химического факультета, и в 1946 получил американское гражданство. В 1952 он подал в отставку в Корнелльском университете, где ему присудили звание почетного профессора.
В результате его работ в Корнелльском университете и лабораториях компании «Белл» были разработаны новые способы расчета размеров молекул сложных полимеров. Кроме чтения лекций (а Дебай был прекрасным лектором), он уделял много времени организации Научно-технологического института при Мичиганском университете (1960).
Умер 2 ноября 1966 в Итаке (штат Нью-Йорк) от сердечного приступа.
Работы:
Полярные молекулы / Пер. с нем. М. – Л., 1931; Строение материи / Пер. с нем. Харьков, 1936; Теория электрических свойств молекул / Пер. с нем. М. – Л., 1936 (с Г.Закком); Избранные труды: Статьи, 1909–1965. Л., 1987 (Классики науки). Кирилл Зеленин
Тютюнник В.М. Журнал ВХО им. Менделеева. 1975, т. 20. № 6