Topogischer Isolator – ウィキペディア

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トポロジカル断熱材の理想的な電子バンド構造。フェルミのエネルギーは、トポロジカルで保護された表面状態によって交差するバンドギャップにあります。

物理学にはaがあります Topogischerアイソレータ （詳細： トポロジカルで保護された表面導電率を持つ絶縁体 ）それをしっかりと 中身 電気絶縁体がどのように動作するか、つまり外部の電界が存在するにもかかわらず、すべての電流を完全に防止しますが、これは同時に その表面 （または外側のエッジ上）電荷キャリアの動きは許可されます（通常、ここにはほとんど抵抗がない金属導電率がほとんどありません）。同様の現象は、末梢管モデルとして知られています。

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この名前は、物理的側面（「絶縁体の動作」）と数学的な規律トポロジを組み合わせており、「内部」や「表面」などの用語を反映しています。

この異常な行動を理解するのは難しい、この現象は比較的新しいことを発見しました。低温では、システムの大規模でほとんど抵抗性のある（「散逸 – フリー」）電気導電率につながります。他の散逸の自由は、それ以外の場合は超伝導体から知られています。ただし、そこでは内部に影響しますが、表面上のスーパーフローもそこに発生します。

いくつかのトポロジーアイソレーターは、たとえば量子ポットのトポロジーアイソレーターのシステムを、2007年にローレンスモレンカンプのグループによって実験的に検出された量子ポットのトポロジカルアイソレーターのシステムを示しています。

それまでの間、材料の改善は、トポロジーアイソレーターのまだ非常に若い領域で達成されています。 2016年、ビスマスのモノラージのモノラージの統合が炭化シリコンで達成されました。結果として生じる0.8 eVの大きなエネルギー断片のため、室温でのトポロジー断熱と量子スピンホール材料の現象の使用が考えられます。 [初め] [2]

Valenz-とKlebungsbandの間のボリューム効果に関するアイソレータと同様に大きなエネルギーピースを持つシステム リーダー 、つまり、エネルギーのない条件があります トポロジカルで保護されています 例えばB.相互作用の和解のため。 トポロジカルで保護されています 平均：システムパラメーターの変更は、保護されたプロパティに影響を与えません。これは、測定のトポロジー条件が常に変更されていないためです。システムのパラメーターは変化する可能性がありますが、一定のトポロジカル不変性 – ここでは時間会話の差異が発生した場合、新しいシステムと古いシステムは同じに属します。図1で特徴付けられます。

関連するトポロジカル不変性は、動きの反転に対する対称性、SO -CALLED TIME REVERSEL SOMMETRY、

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t → – t {displaystyletto -t}

（その結果、インパルスおよび回転パルスベクターの逆転）。相互作用の変化がポテンシャルやスピントラック散乱のみに影響する場合に常に与えられますが、磁気干渉点が支配する場合は違反されます。 [3] 最初の2つのケースでは、いわゆるKramersのタルトングがあります。反対のKベクターと反対のスピンを備えた条件には同じエネルギーがあります。

トポロジーアイソレーターは、2005年にチャールズL.ケインによって予測され、2006年にはShoucheng Zhangによって独立して予測されました。チャンはまた、事前に水星のプロットポットの認識を述べた。これは、2007年にヴュルツブルク大学のローレンス・W・モレンカンプが率いるグループによって低温で検出されました。 [4] 2013年の終わりに、Molenkampは現象の試験でドイツの研究財団のライプニッツ賞を受賞しました。 [5] これらの最初の試みは、非常に少ないボリュームバンドのギャップのために非常に低い温度で行われなければならなかった後、研究分野で進歩が遂げられました。理論的予測の後 [6] 2017年のヴェルナーハンケ周辺のヴュルツブルクでは、研究者たちは炭化シリコンの司教を産むことにも成功しました。 BI原子の配置により、システムは一見ハニカム型のグリルで類似していますが、BI原子の大きなスピンレールピッチとその基質との相互作用により、室温の用途で可能になります。 [初め]

トポロジカル断熱材の内部では、電子バンド構造は、ラインと価数帯域の間にフェルミエネルギーを持つ通常の絶縁体の構造に似ています。ただし、トポロジカル断熱材の表面には、特別な条件があり、そのエネルギーは測定可能で理想的に散逸する荷重輸送を可能にします。実際のバンドギャップにあるエネルギーの場合、抗平行したステーンレスステインレスステンレス染色（電子）とグラフィックの反対側にあるそのような表面状態の相関するカップルがあります。説明のモデルは周辺モデルです。これは、発生する量子ホール効果を説明します。これは、電子のスピンが右または左に対応する2つの方向のいずれかで「ツイスト」を生成するため、片側に2つの瞬間の種類の電子の1つ（スピンアップまたはスピンダウン）のみがあります。このメカニズムは、超伝導体の理論にも類似しており、いわゆるクーパークーパーペアの形成におけるシングレットメカニズムを連想させますが、ここではスピンは衝動に垂直に設定されています。 （したがって、類推だけでなく、微妙な違いもあります。）それぞれの「エッジ」では、結果として得られる国のサウナは、周辺モデルと2つの国のサウナ間のフェルミンレベルの交差点と軌道の間のフェルミンレベルの交差点が、スピンの紡績が利用可能な上級の「地理的に保護された」領域です。

これの結果は、散乱が強く抑制され、表面上の輸送がほとんど散逸していることです。 [7] これらの条件は、トポロジーの数学的分野の領域の性別と同様のインデックスによって特徴付けられ、トポロジカルな秩序化条件の例です。 [8]

トポロジカルで保護された限界状態（1d）は、カドミウム鉱石の間の水銀式の量子鍋（非常に薄い層）で予測されました（Andrei Bernevig、Shopeng Zhang、Taylor Hughes） [9] そしてその後まもなく、ローレンス・モレンカンプのグループによって実験的に観察されました。 [4] その後、それらは、bistingとのバイナリ接続から3つの次元システムで予測されました。 [十] 最初の実験的に実現された3次元トポロジカルアイソレーターは、ビスマスアンチモンで観察されました。 [11] しばらくして、純粋に保護された表面状態は、純粋なアンチモン、ウィスムッツェレニド、ウィルムズリド、反モンテルリドのアルプによって異なるグループによっても検出されました。 [12番目] 他のさまざまな材料システムから、現在、それらはトポロジー断熱材のように振る舞うと想定されています。 [13] これらの材料のいくつかでは、フェルミのエネルギーは、自然に発生する欠陥のために、価数またはケーブルバンドにあります。この場合、ドーピングまたはゲート張力を使用してバンドギャップに押し込む必要があります。 [14] [15]

Quanta Hall効果にも同様の限界ストリームが発生します。ただし、これには強力な磁場、（ほとんど）深い温度と2次元システムが必要です。

質量のない相対論的粒子のように振る舞うらせんディラックは、トポロジー絶縁体でも観察されました。 [16]

光学波のはしごの光のトポロジーアイソレーターは、2013年にアレクサンダー・ザメイトと同僚によって実現されました。 [17] 彼らは、レーザーを使用して石英ガラスに刻まれた波動導体構造を使用し、後にそのいわゆるトポロジーアンダーソンアイソレーターを実験的に証明することができました（Anderson-Localization、cf。も参照してください。 [18] ） 関数。 [19] 彼らは、通常のトポロジカル絶縁体の表面上の光の輸送が、構造のわずかな変動によって防止されることを示しましたが、さらに不規則な障害が再び起こったことを示しました。

数学的には、トポロジー的に保護された限界状態の一般理論は、共同体グループによって記述されています。 [20]

厳密に言えば、関連する、やや弱い用語「対称性保護」から、やや一般的な用語「トポロジー保護」との区別が行われます。 「対称性によって保護されている」とは、「保護された条件」のそれぞれの対称クラスへの帰属が、元々または最終的に利用可能な対称性から生じることを意味するものではありません。むしろ、元の対称性、例えばB.測定プロセス全体の間、時間の逆転不変性は説明されていないままですが、それは必ずしもそうではありません。したがって、「一定のトポロジー的理由からの保護（短い： すべてのラウンド用 、またはより正確： 時間反転対称性のため ）」。

職場で 対称性保護されたトポロジーフェーズの分類 [21] システムの数学的挙動が理論的な物理的視点から詳細に説明され、AltlandとCirn Bauerの10のクラスを扱った場合：一方で対称化または抗対称化された10のクラスが生じます [22] 時間の逆転

（ と の – ）） 、 {displaystyle（zu-）、}

粒子の穴

（ t l – ）） 、 {displaystyle（tl-）、}

またはキラルの対称性

（ c h – ）） 、 {displaystyle（ch-）、}

または反対称性が決定的です [23] 一方、So -Calledの「些細な」変換も

私 d 、 {displaystyle id、}

およびオペレーター製品

と の de t l de c h 。 {displaystyle zucdot tlcdot ch、。}

いくつかの数学的に既知のクラスでは、まだ実験的な実装は見つかりませんでした。

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