拓扑绝缘体是一种内部绝缘,界面允许电荷移动的材料。 在拓扑绝缘体的内部,电子能带结构和常规的绝缘体相似,其费米能级位于导带和价带之间。在拓扑绝缘体的表面存在一些特殊的量子态,这些量子态位于块体能带结构的带隙之中,从而允许导电。这些量子态可以用类似拓扑学中的亏格的整数表征,是拓扑序的一个特例。
拓扑绝缘体的特殊之处在于,无论是边界态还是体内态都具有稳定的拓扑保护性质。这是因为拓扑绝缘体的边界态与体内态之间存在空间隔离,边界态中的电子能级被空间反演对称性所保护,而体内态中的电子能级则受到体态拓扑不变量的保护。 实现 目前,实现拓扑绝缘体的方法主要有两种:材料设计和量子干涉。通过精心设计晶体结构和...
正是这点促成拓扑绝缘体领域的诞生(KM2005a;KM2005b;TFK2008;HK2010;BHZ2006;R2009;MB2007;X2009;Z2009;QHZ2008;QZ2010;K2007;BZ2006)。要点在于4=2+2(QZ2010)。也就是说,时间反演对称下,各边必定有两传播态。各边的时间反演对称确保了,前向和后向传播的态具有相反自旋。当然,如果电子被散射到另一边,...
拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料的体电子态的拓扑结构所决定,是由对称性所决定的,与表面的具体结构无关。这句话的意思是拓扑绝缘体的“拓扑”,不是实空间的拓扑结构,而是动量空间的拓扑结构。说起拓扑,大家也许会联想到Möbius带,或者Klein瓶的东西,但实际上拓扑绝缘体与实空间的这些几何结构都没有关系,它的...
拓扑绝缘体便不能通过上面所说的调制过程变成真空,它们必须发生拓扑相变才能变成真空。不关闭能隙的操作不会发生拓扑相变,所以发生拓扑相变时,能隙必然是闭合的。拓扑绝缘体的表面是真空和拓扑绝缘体内部的分界面。在内部,拓扑空间是非平凡的,在真空,拓扑空间是平凡的,那么在分界面处一定发生了拓扑相变。因此表面处...
拓扑绝缘体的制备与机理研究 图:发现在拓扑绝缘体材料(Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3)的薄膜中通过掺杂过渡金属元素(Cr 或者 Fe)可以实现量子化的反常霍尔效应。这里最关键的问题是通过磁性掺杂,借助Van Vleck顺磁性,可以实现磁性的拓扑绝缘体,磁性居里温度可以达到70K的量级。通过**性原理计算和理论分析,发现这一...
这些都符合二阶拓扑绝缘体的特征。图3 TaPdTe薄膜和块材中的Luttinger液体行为:电导随温度和偏压呈幂律变化且可标度化。随后,该团队将重点放在边缘导电态的输运行为上,发现了边缘态电导随温度和偏压的变化均表现出幂律行为,并且满足标度化的特征(图3),这是Luttinger液体行为存在的强有力证据。相较于以往的...
一、拓扑绝缘体简介 按照导电性质的不同,材料可分为“金属”和“绝缘体”两大类;而更进一步,根据电子态的拓扑性质的不同,“绝缘体”和“金属”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。 拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是,在...
因而,拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性(比如时间反演对称性)的前提下是稳定存在的,而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的,所以信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传...