拓撲絕緣體是一種新的物質(zhì)量子態(tài)，具有相當大的理論研究價值。
　　時，作為一種新材料，可用于自旋電子器件的研究和拓撲量子計算，具有良好的實踐意義。文首先根據(jù)拓撲隔離狀態(tài)，拓撲絕緣子的新發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用前景，簡要介紹了拓撲絕緣子的理論和實驗研究進展。聚態(tài)的物理系統(tǒng)通常由大量相互作用的粒子組成，人們的關(guān)注點通常與系統(tǒng)的集體秩序有關(guān)。

　　據(jù)Landau的相變理論，系統(tǒng)的每個狀態(tài)都對應(yīng)于局部階躍參數(shù)，并且材料的狀態(tài)變化是通過對稱性的自發(fā)破裂而獲得的。1980年代量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使公眾意識到，朗道理論中的局部階躍參數(shù)無法描述霍爾的狀態(tài)，必須引入新的量子階。順序與霍爾狀態(tài)的拓撲結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，稱為拓撲順序。
　　過去的十年中，在一些新材料中發(fā)現(xiàn)拓撲有序是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重大進步?；魻柫孔酉到y(tǒng)不同，這些拓撲順序不需要外部磁場，而是通過固有的自旋軌道耦合或?qū)ΨQ獲得的。種材料的能帶結(jié)構(gòu)是絕緣體，但是拓撲順序在表面上給出了理想的金屬狀態(tài)，稱為拓撲絕緣體。能帶理論中，原子實原子之間的庫侖排斥形成一個周期性的勢場，晶格中外層電子的運動遵循薛定er方程。合布洛赫定理，可以得到電子的能譜被分成一系列能帶，并且在能帶之間存在一定的禁帶。電子的費米表面恰好位于禁帶之間時，由電子運動產(chǎn)生的電流將由外部電場驅(qū)動。是能帶理論中的絕緣體，拓撲絕緣體是一種新型的絕緣體。
　　一個拓撲隔離狀態(tài)是整個量子霍爾狀態(tài)。垂直磁場中，二維電子氣的能譜被分解為朗道的高度簡并能級。強場和低溫條件下，能級間距遠大于熱波動間距。驗表明，與經(jīng)典的霍爾效應(yīng)相反，橫向電導率不會隨磁場的增加而線性增加。有趣的是這些霍爾平臺與量化電導相匹配，因此它們被稱為整個量子霍爾效應(yīng)。

　　
　　系統(tǒng)處于霍爾狀態(tài)時，體內(nèi)的電子不導電，這相當于絕緣體，電流實際上來自邊緣電子。量電導表明雜質(zhì)對邊緣電子沒有影響，這是一維手性費米液體，也稱為無能量的手性邊緣態(tài)。到2005年，測得的量子電導精確到10-9左右，這表明它是一個很好的量子數(shù)。

　　際上，在1982年，Thouless和他的合作者證明了Hall州的拓撲特性可以用Chen的第一類Chen的數(shù)字來描述。1988年，Haldane提出的用于在沒有Landau能級的情況下實現(xiàn)整個量子霍爾效應(yīng)的理論模型證明，只要量子點的對稱性，整個量子霍爾態(tài)的出現(xiàn)并不一定需要外部磁場。統(tǒng)的時間反轉(zhuǎn)被破壞。
　　子霍爾狀態(tài)破壞了時間反演對稱性，因此自然要問以下問題：拓撲的絕緣狀態(tài)是否存在時間反演不變的情況？以前沒有考慮電子的自旋，因為自旋場通常被強磁場的塞曼效應(yīng)極化。設(shè)可以實現(xiàn)磁場：使上升和下降的電子分別受到垂直磁場的上升和下降，并且填充數(shù)量相同，則上升和下降的電子分別形成一個完整的霍爾態(tài)。系統(tǒng)顯然是時間不變的。負載的角度來看，正面電流方向相反，大小相等，并且凈效應(yīng)不是正面電流。果我們看一下自旋，電纜則正好有一個凈自旋電流。
　　是最簡單的霍爾旋轉(zhuǎn)效果。這種情況下，邊緣電子不再是手持的費米液體，而是所謂的螺旋費米液體。2005年，Kane和Mele等人。究了自旋軌道耦合，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以產(chǎn)生自旋量子霍爾效應(yīng)。于具有時間反轉(zhuǎn)對稱性，邊緣電子不會被雜質(zhì)分散，而是具有連續(xù)的自旋。們預(yù)測使用二維材料來實現(xiàn)這種拓撲絕緣體，其拓撲數(shù)為Z2拓撲不變性。后，張壽生和他的合作者預(yù)測了一種新的二維拓撲絕緣體，即汞-鎘量子阱，并預(yù)測了量化的邊緣電導的存在，并于2007年進行了實驗觀察。
　　快，人們開始尋找絕緣體。維拓撲，發(fā)現(xiàn)它們可以分為兩類：一類是“弱拓撲絕緣體”，其表面布里淵區(qū)包含偶數(shù)個狄拉克點，而一個強大的無序可以定位電子的電子。面。次，表面的布里淵區(qū)包含奇數(shù)個狄拉克點的“強拓撲絕緣體”，表面電子的位置對非磁性紊亂完全不敏感，并構(gòu)成了理想的金屬表面。實驗中首次發(fā)現(xiàn)的三維拓撲絕緣體是鉍和銻的合金。具有5個Dirac點，是強大的拓撲絕緣體的一部分。子沒有被散射，這使得可以驗證表面電子態(tài)是理想的金屬態(tài)。
　　后，研究人員發(fā)現(xiàn)第二代拓撲絕緣具有兩個優(yōu)點：首先，其總能隙為0.3電子伏特，等于300開爾文；它是“室溫下的拓撲隔離器”；其次，布里淵表面的表面結(jié)構(gòu)甚至更簡單，狄拉克也只有一點。撲絕緣子的理論和實驗研究一直在繼續(xù)進行：一方面，尋找新的拓撲絕緣材料，另一方面，電纜利用當前的拓撲絕緣子進行研究。要的進展包括：控制拓撲絕緣體的厚度，觀察金屬表面上電子態(tài)的Aharonov-Bohm效應(yīng)以及直接測量表面電子傳輸特性。體而言，拓撲絕緣子的研究仍處于實驗室階段，在實際應(yīng)用之前還需要做更多的工作。撲絕緣體具有三個主要特征：其質(zhì)量是絕緣體，具有手性邊緣狀態(tài)，沒有能隙受拓撲保護，要破壞邊緣狀態(tài)，它們必須經(jīng)歷量子相變，拓撲不變性用于描述其屬性。于這些特性，拓撲絕緣子具有獨特的理論和科學意義。撲絕緣子的一個新穎特征是它們的整體電子狀態(tài)是絕緣的，但是在表面有自旋相關(guān)的導電通道，這意味著拓撲絕緣子在自旋電子學中具有潛在的室溫應(yīng)用。準確地說，拓撲絕緣體表面的電子流以非零自旋密度流的形式自發(fā)地出現(xiàn)。磁磁體和拓撲絕緣體與異質(zhì)結(jié)的耦合可以控制鐵磁表面電流，從而允許開發(fā)新的自旋測力裝置，從而為開發(fā)磁存儲應(yīng)用做好準備。于拓撲絕緣體的表面電子是相對論性費米子，因此如果將二維表面添加到垂直磁場或連接到磁性材料以進行量子霍爾效應(yīng)實驗，則會出現(xiàn)新的半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)?？梢匝芯坑腥さ膯栴}，例如分流負載和磁單極子。

　　
　　果連接了拓撲絕緣體和超導體，則由于鄰近效應(yīng)，金屬表面也將變得超導。（與普通的超導體不同，存在一個能滿足非阿貝拉激子的零能表面狀態(tài)，例如馬拉霍·納菲和米子。阿貝拉粒子的拓撲特性受到對稱性的保護，量子態(tài)不是十進制的由于較小的擾動，使得拓撲絕緣子可用于量子計算。

　　撲絕緣子作為一種新的物質(zhì)量子態(tài)，在理論研究中具有重要的應(yīng)用價值?？梢杂糜谛滦妥孕娮悠骷难芯亢烷_發(fā)，也是拓撲量子計算機的一種新方法，具有良好的實用應(yīng)用價值。
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