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我国科学家找到实现高阶拓扑绝缘体理论依据
2020-05-08
科技日报

  记者从中国科大获悉,该校合肥微尺度物质科学国家研究中心乔振华教授课题组与其合作者,在理论预言低维体系高阶拓扑绝缘体方面取得新突破。相关成果日前发表在国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。

  拓扑量子体系是当今凝聚态物理一个备受关注的研究领域。近期,结合对称性和材料数据库的高通量计算报道了几十种二维拓扑绝缘体材料。其中,绝大多数已发现的材料体系可以被这两种理论模型有效地描述。随着拓扑绝缘体这一概念的持续推广,使得广泛存在于二维和三维层状材料体系中的新型拓扑相被不断发现。

  近年来的理论发展将拓扑相推广到了高阶:N维高阶绝缘体的N-1维边界依然绝缘,但是在N-2维的棱边或棱角上具有受拓扑保护的电子态。对于一个二维高阶拓扑绝缘体,电子在边界上无法传输,但是在两个边相交的棱角处,可以出现零能电子态。然而,这种二维高阶拓扑绝缘体在凝聚态体系中尚未被实现。

  科研人员提出一种新的方案来实现从一阶到二阶拓扑绝缘体的操控,即通过在二维一阶拓扑绝缘体上诱导出面内磁矩来实现二维二阶拓扑绝缘体。一阶拓扑绝缘体受时间反演对称性保护;然而,面内磁矩的出现破坏了该对称性,使得拓扑绝缘体变得拓扑平庸。同时,导电的边界态也由于对称性被破坏而变得绝缘不再导电,并且在两个绝缘的边界交界处,出现了零能电子态。

  这项研究成果为设计实现高阶拓扑绝缘体提供了坚实的理论依据。

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