izolator topologică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
O structură de bandă idealizată a unui izolator topologic. Nivelul Fermi se înscrie în spațiul dintre benzile care este traversată de statele de suprafață protejate topologic.

Un izolator topologic este un material care se comportă în interior ca un izolator electric , dar care se manifestă la suprafață au fost conductoare . [1]

În interiorul unui izolator topologic, structura de bandă electronică este similară cu cea a unei benzi izolatoare în comun cu nivelul Fermi , care se află între banda de conducție și valență. Pe suprafața unui izolator topologic există stări speciale care se încadrează în diferența de energie în vrac și permit un tip metalic de conducere să aibă loc la suprafață. Purtătorilor de sarcină în aceste stări de suprafață au de spin perpendiculara impulsul lor (blocare de spin-impuls). La o anumită energie singurele state electronice disponibile au diferite rotiri, astfel încât „U“ împrăștierea -executati este puternic redusă și conducția pe suprafața este, în principal de tip metalic. Cei care nu interacționează izolatorii topologice sunt caracterizate printr - un indice (denumit topologic invariant Z 2) similar cu tipul celor utilizate în topologie . [1]

Stările „protejate“ rula pe suprafața sunt cerute de simetria temporală și structura electronică a benzilor de material. Statul nu poate fi îndepărtată cu un proces de pasivare în cazul în care nu pauze temporale simetrie. Formal, un izolator topologic este definit ca o stare SPT (protejat ordine topologică simetrie) [2] [3] [4] protejate de conservarea numărului de particule și simetria temporală.

Prognoza teoretică și confirmarea acesteia

Următoarele au fost furnizate în bord au fost protejate de simetrie temporală (dar nu sunt protejate topologic) gropi cuantice (straturi foarte subțiri) mercurul telurură interpus între straturile de cadmiu - telur (inversare banda nell'Hg (Cd) Te este descris pentru primul timp în 1986 de către Pankratov și colaboratorii săi), [5] [6] și a observat în 2007. [7] în 2007 , era de așteptat [8] [9] , care pot fi compuși care apar în binare de bismut . Există un „izolator topologic puternic“ tri-dimensionale care nu poate fi redus la mai multe copii ale " quantum efect Hall . [10] Primul izolator topologic tridimensional realizat experimental a fost descoperit în " antimonid bismut . [11] stări de suprafață La scurt timp după protejate topologică au fost observate în " antimoniu pură, în seleniura de bismut în bismut telurură și telurură antimoniu utilizzanto ARPES . [12] Se crede că mulți semiconductori din marea familie a Heusler materiale prezintă un topologice stări de suprafață. [13] [14] În unele din aceste materiale nivelul Fermi pot cădea atât în banda de conducție și în valența din cauza defectelor care pot aparea in mod natural; în aceste cazuri, trebuie să fie împins în spațiul prin intermediul vrac dopaj sau de suprimare a fasciculului. [15] [16] Stările de suprafață ale unui izolator topologic tridimensional sunt un tip nou de 2DEG (doi electroni gaz dimensional, gaz de electroni bi-dimensional) unde spinul electronilor este conectat la impulsul liniar. [17]

În 2012, mai multe grupuri de cercetători au lansat unele proiecte de articole în care se pare că " hexaboride samariu are proprietatile unui izolator topologic [18] , în conformitate cu primele predicțiile teoretice. [19]

Proprietăți și aplicații

Stările de suprafață topologice diferă de cele ale " efectului Hall cuantic , datorită legăturii dintre spin și momentul. [17] Relația dintre spinul și permise de moment stările suprafețelor topologice găzdui fermionilor Majorana dacă supraconductivitatii este indusă pe suprafața izolatorilor topologici prin efecte de proximitate. [20] Non-banalitatea izolatorilor topologici se sancționează prin existența unui Dirac fermioni gaz elicoidal. O elicoidal fermion Dirac , care se comportă ca o particulă relativistă fără masă, a fost observată într - un izolator topologic tridimensional.

Topologic invarianți Z 2 nu pot fi măsurate cu ajutorul metodelor de transport tradiționale , cum ar fi de spin Hall conductanta si transportul este cuantizată conform cu Z invariant 2. O metodă experimentală pentru măsurarea invarianții topologice Z 2 a fost demonstrat , care prevede o ordine topologică măsură Z 2. [21] ( De notat că termenul ordine topologic Z 2 a fost de asemenea folosit pentru a descrie " ordinea topologic în noua teorie gauge Z2 descoperit în 1991. [22] [23] )

Notă

  1. ^ Un b CL EJ Kane și Mele, Z 2 topologică Ordine și Quantum Spin Hall Efectul în Physical Review Letters , vol. 95, nr. 14, 30 septembrie 2005, p. 146802, bibcode : 2005PhRvL..95n6802K , DOI : 10.1103 / PhysRevLett.95.146802 , arXiv : cond-mat / 0506581 .
  2. ^ Zheng-Gu Cheng și Xiao-Gang Wen , Tensor-Entanglement-filtrare Abordarea renormalizare și Ordine topologică Simetria protejate , Phys. Rev. B80, 155131 (2009).
  3. ^ F. Pollmann, E. Berg, Ari M. Turner si Masaki Oshikawa, protectia Simetria fazelor topologice în sisteme unidimensionale cuantice de spin , în Phys. Rev., voi. 85, nr. 7, 2012, p. 075125, bibcode : 2012PhRvB..85g5125P , DOI : 10.1103 / PhysRevB.85.075125 , arXiv : 0909.4059 .
  4. ^ Xie Chen, Zheng-Gu Cheng, Xiao-Gang Wen , Clasificarea Faze Simetric gapped în 1D Spin Systems Phys. Rev. B 83, 035107 (2011); Xie Chen, Zheng-Xin Liu, Xiao-Gang Wen , 2D topologic simetrie ordinele protejate și marginea lor excitații protejate fără interval Phys. Rev. B 84, 235141 (2011)
  5. ^ OA Pankratov, SV Pakhomov, BA Volkov, Supersimetria în heterojonctiunilor: Band-inversoare Contact pe baza Pb (1-x) Sn (x) Te și Hg (1-x) Cd (x) Te , în Solid Communications Stat , vol. 61, nr. 2, 18 Septembrie 1986, pp. 93-96, bibcode : 1987SSCom..61 ... 93P , DOI : 10.1016 / 0,038-1,098 (87) 90934-3 . Adus la 15 iunie 2011 .
  6. ^ B. Andrei Bernevig, Taylor L. Hughes, Shou-Cheng Zhang, Quantum Spin efect Hall și topologică în faza de tranziție HGTE Quantum Wells în Science, voi. 314, n. 5806, 15 decembrie 2006, pp. 1757-1761, bibcode : 2006Sci ... 314.1757B , DOI : 10.1126 / science.1133734 , PMID 17170299 , arXiv : cond-mat / 0611399 . Adus de 25 martie 2010.
  7. ^ Markus Konig, Steffen Wiedmann, Christoph Brune, Andreas Roth, Hartmut Buhmann, Laurens W. Molenkamp, Xiao-Liang Qi, Shou-Cheng Zhang, Quantum Spin Hall izolatorului de stat în HGTE Quantum Wells în Science, voi. 318, n. 5851, 02 noiembrie 2007, pp. 766-770, bibcode : 2007Sci ... 318..766K , DOI : 10.1126 / science.1148047 , PMID 17885096 , arXiv : 0710.0582 . Adus de 25 martie 2010.
  8. ^ Liang Fu, CL Kane, izolatori topologice cu simetrie de inversare , în Physical Review B, vol. 76, nr. 4, 02 iulie 2007, p. 045302, bibcode : 2007PhRvB..76d5302F , DOI : 10.1103 / PhysRevB.76.045302 , arXiv : cond-mat / 0611341 . Adus de 26 martie 2010.
  9. ^ Shuichi Murakami, fazei de tranziție între cuantice de spin Hall izolator și fazele în 3D: apariția unei faze fără întreruperi topologice , în New Journal of Physics, vol. 9, nr. 9, 2007, pp. 356-356, bibcode : 2007NJPh .... 9..356M , DOI :10.1088 / 1367-2630 / 9/9/ 356, ISSN 1367-2630 ( WC · ACNP ), arXiv : 0710.0930 . Adus de 26 martie 2010.
  10. ^ CL Kane, Moore, JE, topologică Izolatori (PDF), în Fizică Mondială, vol. 24, 2011, p. 32, PMID (depusă de către „URL - ul original 18 aprilie 2013).
  11. ^ D. Hsieh, D. Qian, L. Wray, Y. Xia, YS Hor, RJ Cava & MZ Hasan, A topologică Dirac izolator într - o fază Hall cuantic de spin , în Nature, voi. 452, n. 9, 2008, pp. 970-974, bibcode : 2008Natur.452..970H , DOI : 10.1038 / nature06843 , PMID 18432240 , arXiv : 0902.1356 . Adus pe 2010.
  12. ^ MZ Hasan, Kane, CL, topologică Izolatori , în Revista de Fizica modernă, vol. 82, nr. 4, 2010, p. 3045, bibcode : 2010RvMP ... 82.3045H , DOI : 10.1103 / RevModPhys.82.3045 , arXiv : 1002.3895 . Adus de 25 martie 2010.
  13. ^ Stanislav Chadov, Xiao-Liang Qi, Jürgen Kübler, Gerhard H. Fecher, Claudia Felser, Shou-Cheng Zhang, acordabile multifuncțional topologică izolatori din ternar Heusler compuși , în Nature Materials, vol. 9, nr. 7, 2010-07, pp. 541-545, DOI : 10.1038 / nmat2770 , arXiv : 1003.0193 . Accesat la 5 august 2010 .
  14. ^ Hsin Lin, L. Andrew Wray, Yuqi Xia, Suyang Xu, Shuang Jia, Robert J. Cava, Arun Bansil, M. Zahid Hasan, Half-Heusler ternară compuși noi platforme experimentale multifuncționale pentru fenomene cuantice topologice , în Nat Mater, vol. 9, nr. 7, 2010-07, pp. 546-549, bibcode : 2010NatMa ... 9..546L , DOI : 10.1038 / nmat2771 , ISSN 1476-1122 ( WC · ACNP ), PMID 20512153 , arXiv : 1003.0155 . Accesat la 5 august 2010 .
  15. ^ D. Hsieh, Y. Xia, D. Qian, L. Wray, F. Meier, JH Dil, J. Osterwalder, L. Patthey, AV Fedorov, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, YS Hor, RJ Cava, MZ Hasan, Observarea Time-Inversarea-Protejat single-Dirac-Cone-topologică statele izolatorului în Bi2Te3 și Sb2Te3 , în Physical Review Letters, voi. 103, nr. 14, 2009, p. 146401, bibcode : 2009PhRvL.103n6401H , DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.146401 , PMID 19905585 . Adus de 25 martie 2010.
  16. ^ -J Noh, H. Koh, S.-J. Oh, J.-H. Park, H.-D. Kim, JD Rameau, T. Valla, TE Kidd, PD Johnson, Y. Hu și Q. Li, spin-orbită efect de interacțiune în structura electronică a Bi2Te3 observate prin spectroscopie photoemission rezolvate cu unghi , EPL Europhysics Letters, voi. 81, nr. 5, 2008, p. 57006, bibcode : 2008EL ..... 8157006N , DOI : 10.1209 / 0295 - 5075 / 81/57006 , arXiv : 0803.0052 . Adus de 25 aprilie 2010.
  17. ^ A b (EN) D. Hsieh, Y. Xia, D. Qian, L. Wray, Dil JH, F. Meier, J. Osterwalder, Patthey L., Checkelsky JG, Ong NP, Fedorov AV, Lin H., Bansil A., D. Grauer, YS Hor, RJ Cava, MZ Hasan, un izolator topologic acordabile în sistemul elicoidal de transport Dirac de spin , în Nature, voi. 460, pp. 1101-1105, DOI : 10.1038 / nature08234 .
  18. ^ Eugenie Samuel Reich, Speranțele suprafață izolator exotice pe nature.com, Nature .
  19. ^ V. Dzero, K. Sun, V. Galitski, P. Coleman, topologică Kondo Izolatori , în Physical Review Letters, vol. 104, nr. 10, 2009, p. 106408, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.104.106408 . Adus la 6 ianuarie 2013 .
  20. ^ L. Fu și CL Kane, fermioni supraconductoare Proximity Effect și Majorana la suprafața unui topologică izolatorului , în Phys. Rev. Lett. , Vol. 100, nr. 9, 2008, p. 096407, bibcode : 2008PhRvL.100i6407F , DOI : 10.1103 / PhysRevLett.100.096407 , arXiv : 0707.1692 .
  21. ^ D. Hsieh, Y. Xia, L. Wray, D. Qian, A. Pal, JH Dil, F. Meier, J. Osterwalder, CL Kane, G. Bihlmayer, YS Hor, RJ Cava și MZ Hasan,Observarea neconvenționale texturi cuantice spin în topologice Izolatori , în știință, voi. 323, n. 5916, 2009, pp. 919-922, bibcode : 2009Sci ... 323..919H , DOI : 10.1126 / science.1167733 , PMID. Adus pe 2010.
  22. ^ N. Citiți și Subir Sachdev, mare expansiune-N pentru antiferromagnets cuantice frustrat, Phys. Rev. Lett. 66 1773 (1991)
  23. ^ Xiao-Gang Wen, Mean Teoria Domeniul Spin Statele lichid cu Lacunele finite de energie, Phys. Rev. B 44 2664 (1991).

Elemente conexe

Alte lecturi

Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Isolante_topologico&oldid=121930605 “