拓扑绝缘体

一：什么是拓扑绝缘体

简介　　拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”.这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。福种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，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。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，它的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。性质 其体电子态为绝缘态，但是在其表面却有自旋相关的导电通道，这意味着拓扑绝缘体在自旋电子学有潜在的应用前景。另外，在一个超导体附近的拓扑绝缘体可以产生满足非阿贝尔（非对易）统计的激子——马拉约那费米子。由于非阿贝尔粒子的拓扑性质受对称性保护，不会由于微小扰动而使量子态退相干，从而导致导致计算错误，这使得拓扑绝缘体可以用于量子计算。 优点 拓扑绝缘体材料有着独特的优点：首先，这类材料是纯的化学相，非常稳定且容易合成；第二，这类材料表面态中只有一个狄拉克点存在，是最简单的强拓扑绝缘体，这种简单性为理论模型的研究提供了很好的平台；第三，也是非常吸引人的一点，该材料的体能隙是非常大的，特别是Bi2Se3，大约是0.3电子伏（等价于3600K），远远超出室温能量尺度，这也意味着有可能实现室温低能耗的自旋电子器件。　　这些重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜力。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料，成为人们目前关注的重要焦点和难点。祝您快乐每一天！(*^__^*) 嘻嘻……！

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二：拓扑绝缘体的研究现状

拓扑绝缘体研究现状：第一代， HgTe量子井第二代， BiSb 合金第三代， Bi2Se3， Sb2Te3， Bi2Te3 等化合物从理论上说，拓扑绝缘体是由电荷的U(1)对称性以及时间反演对称性共同保护的拓扑态。只要U(1)对称性和时间反演对称性同时存在，拓扑绝缘体的边缘态就一定是非平庸的，并且，这样的边缘态绝对不能在有同样对称性的低维度系统中实现。在理论上人们已经意识到，其他的对称性同样可以保护类似的拓扑绝缘体（或者拓扑超导体，取决于对称性中是否包括电荷的U(1)对称性）。并且，从2009年以来，人们已经对没有相互作用的费米子系统的所有拓扑绝缘体或者拓扑超导体进行了成功分类。2011年以来，拓扑绝缘体的概念已经被拓展成为一个更为宽泛的概念：symmetry protected topological states. 目前，凝聚态理论物理学界已经对各个维度的玻色子系统中的symmery protected topological states进行了较为完整的分类。但是对于所有维度的有强相互作用的费米子系统中symmetry protected topological states的分类还没有最后完成。　　从现象上说，拓扑绝缘体有其他绝缘体所不具备的特殊性质。比如，根据理论预测，三维拓扑绝缘体与超导体的界面上的vortex core中将会形成零能majorana 费米子，这一特点有可能实现拓扑量子计算。

三：用通俗的话说说什么是拓扑绝缘体？

拓扑绝缘体是一种特殊的绝缘体，它的内部和普通的绝缘体一样，不导电，但是在表面，存在着电子跃迁到导带，使表面导电。内部不导电，外部导电。

四：【求助】什么是拓扑绝缘体

需要很好的理论基础！

还是看原文！y1ding(站内联系TA)Originally posted by chimegreen at 2009-12-6 20:07:

A tunable topological insulator in the spin helical Dirac transport regime /

Topological surface states protected from backscattering by chiral spintexture拓扑绝缘体是这样一些材料，在它们当中，一种被称为“自旋-轨道耦合”的相对论效

应产生一个大的绝缘带，同时产生狄拉克类表面状态，后者与被称为“石墨稀”的、人

们已经研究很多的碳的二维片状结构的相对论粒子相似。与“石墨稀”中的传统狄拉克

费米子不同的是，理论表明，这种新的二维表面状态有一个内在的净角动量或自旋，该

净角动量或自旋可能因拓扑结构而受到保护，不会发生散射，这是自旋电子学和量子计

算中人们非常想得到的一个性能。现在，两个小组报告说，这个预测是正确的。Hsieh

等人利用具有自旋和动量分辨能力的光谱成像方法，来确认一个基于铋的拓扑绝缘体中

“石墨稀” 类状态的自旋-偏振性质，发现通过化学操纵可在“拓扑输送体系”（在该

体系中散射受到抑制）对其进行调控。Roushan等人利用扫描隧道显微镜和角分辨光发

射电子显微镜发现，尽管存在较强的原子尺度的紊乱，但具有相反动量和相反自旋的表

面状态之间的背向散射是不存在的，这对自旋电子学和量子计算应用来说都是一个有用

的性能。

五：拓扑绝缘体kane和zhang谁的贡献大

扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。　　首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文

六：哪位大牛进来科普一下拓扑绝缘体吧

照电子态结构的不同，传统意义上的材料被分为“金属”和“绝缘体”两大类。而拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完成不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”。这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。这种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，【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】。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，他的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。除此之外，【拓扑绝缘体的基本性质是由“量子力学”和“相对论”共同作用的结果，由于自旋轨道耦合耦合作用，在表面上会产生由时间反演对称性保护的无能隙的自旋分辨的表面电子态】。这种表面态形成一种无有效质量的二维电子气（与有效质量近似下的二维电子气完全不同：例如广泛使用的场效应晶体管中的二维电子气），它需要用狄拉克方程描述，而不能用薛定谔方程。正是由于这些迷人的重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜在。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料成为了人们目前关注的重要焦点和难点。

七：学习拓扑绝缘体需要先学好那些科目？

dirac equation

berry phase

sec顶nd quantization

gauge

et al

八：拓扑绝缘体的发现者可能获诺贝尔奖吗？

什么情况

九：拓扑绝缘体波函数奇偶性怎么确定

扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。
　　 首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文...