拓扑绝缘体,为什么内部是绝缘体不导电,只能在表面导电?

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拓扑领域或研究表面在不同维度上的表现,深刻地影响了当前对物质的理解。最重要的例子是拓扑绝缘体,其仅在表面上导电并且在内部完全绝缘。拓扑绝缘体表现得像金属,即表面上的银,但在内部,它表现得像玻璃。这些属性是使用电导率或电子流来定义的,这些电子描述了它们的运动是否具有高速公路或路障。拓扑绝缘体未来应用的主要驱动力是自旋电子器件领域。因为这些电子一致地旋转,所以当表面流动时,所有电子彼此对准。

现在,电气和计算机工程研究人员首次提出,这种相同的电子传导性会影响原子物质内部光的拓扑性质。普渡大学电子与计算机工程副教授祖宾雅各布斯说:研究表明,可能存在一个新的物质拓扑阶段,光仅在原子物质的边缘流动而不在原子物质内部流动。可能存在一些具有这种独特光子特性的非常特殊的材料,这是物质的量子自旋相。这一物质阶段的另一个关键定义属性是称为“光子sigmite”的拓扑激发。在传统的磁体中,电子自旋可以被认为是彼此对齐或相互对准的微小箭头。

形成鲜明对比的是,S形是一种自旋激发,表现出一种独特的自旋旋转行为,它对刺激非常稳定,可用于自旋电子开关和记忆。量子自旋电相在光波的能量动量空间中携带S形,并且可以用作该物质相的确凿证据。该材料可以通过“掺杂”或改变现有材料的原子结构来合成。寻找这一阶段的好地方是二维材料,如石墨烯。 Jacob和博士生Todd Van Mechelen在《光学材料快报》中发表了一系列四篇研究论文,提出了物质理论。

未来的研究将探索二维材料的掺杂,以实现量子自旋电相,并研究光波如何在材料边缘传播。通过使用Dirac-Maxwell对应,介绍了光子Dirac单极子对光子晶体,超材料和二维材料的概念。从真空的探索开始,在真空中,麦克斯韦方程的倒数动量空间和狄拉克方程(Weyl方程)具有磁单极子。最关键的区别是磁单极电荷的性质,它是光子的整数值和电子的半整数。这种固有的差异与旋转直接相关,并且最终与玻色子或费米子行为有关。

该研究还显示了光子狄拉克弦的存在,这是贝里规范中的线奇点。尽管直观地预期真空中的结果,但结果是该拓扑Dirac-Maxwell对应物应用于二维光子(玻色子)材料而不是传统的电子(费米子)材料。有趣的是,在色散物质中,光子狄拉克单极子的存在是由非局部量子霍尔电导率(瞬时零色散的返回常数)捕获的。对于二维光子和电子介质,拓扑相出现在具有断裂时间反转对称性的大质量粒子下。该研究揭示了新提出的物质量子自旋相和光子自旋量子化在拓扑Bose相中的基本作用。

博科花园|文字:Emil Venere/phys

参考期刊《光学材料快报》

DOI: 10.1364/OME.9。

博科|科学,技术,研究,科学与技术

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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拓扑领域或研究表面在不同维度上的表现,深刻地影响了当前对物质的理解。最重要的例子是拓扑绝缘体,其仅在表面上导电并且在内部完全绝缘。拓扑绝缘体表现得像金属,即表面上的银,但在内部,它表现得像玻璃。这些属性是使用电导率或电子流来定义的,这些电子描述了它们的运动是否具有高速公路或路障。拓扑绝缘体未来应用的主要驱动力是自旋电子器件领域。因为这些电子一致地旋转,所以当表面流动时,所有电子彼此对准。

现在,电气和计算机工程研究人员首次提出,这种相同的电子传导性会影响原子物质内部光的拓扑性质。普渡大学电子与计算机工程副教授祖宾雅各布斯说:研究表明,可能存在一个新的物质拓扑阶段,光仅在原子物质的边缘流动而不在原子物质内部流动。可能存在一些具有这种独特光子特性的非常特殊的材料,这是物质的量子自旋相。这一物质阶段的另一个关键定义属性是称为“光子sigmite”的拓扑激发。在传统的磁体中,电子自旋可以被认为是彼此对齐或相互对准的微小箭头。

形成鲜明对比的是,S形是一种自旋激发,表现出一种独特的自旋旋转行为,它对刺激非常稳定,可用于自旋电子开关和记忆。量子自旋电相在光波的能量动量空间中携带S形,并且可以用作该物质相的确凿证据。该材料可以通过“掺杂”或改变现有材料的原子结构来合成。寻找这一阶段的好地方是二维材料,如石墨烯。 Jacob和博士生Todd Van Mechelen在《光学材料快报》中发表了一系列四篇研究论文,提出了物质理论。

未来的研究将探索二维材料的掺杂,以实现量子自旋电相,并研究光波如何在材料边缘传播。通过使用Dirac-Maxwell对应,介绍了光子Dirac单极子对光子晶体,超材料和二维材料的概念。从真空的探索开始,在真空中,麦克斯韦方程的倒数动量空间和狄拉克方程(Weyl方程)具有磁单极子。最关键的区别是磁单极电荷的性质,它是光子的整数值和电子的半整数。这种固有的差异与旋转直接相关,并且最终与玻色子或费米子行为有关。

该研究还显示了光子狄拉克弦的存在,这是贝里规范中的线奇点。尽管直观地预期真空中的结果,但结果是该拓扑Dirac-Maxwell对应物应用于二维光子(玻色子)材料而不是传统的电子(费米子)材料。有趣的是,在色散物质中,光子狄拉克单极子的存在是由非局部量子霍尔电导率(瞬时零色散的返回常数)捕获的。对于二维光子和电子介质,拓扑相出现在具有断裂时间反转对称性的大质量粒子下。该研究揭示了新提出的物质量子自旋相和光子自旋量子化在拓扑Bose相中的基本作用。

博科花园|文字:Emil Venere/phys

参考期刊《光学材料快报》

DOI: 10.1364/OME.9。

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