拓扑绝缘体

在拓扑绝缘体的内部,电子能带结构和常规的绝缘体相似,其费米能级位于导带价带之间。在拓扑绝缘体的表面存在一些特殊的量子态,这些量子态位于块体能带结构的带隙之中,从而允许导电。这些量子态可以用类似拓扑学中的亏格的整数表征,是拓扑序的一个特例

拓扑绝缘体理想的能带结构。其费米能级位于块材的带隙,该带隙被拓扑保护的表面量子态所填满。

拓扑绝缘体是一种内部绝缘,界面允许电荷移动的材料。

预言和发现

拓扑保护的边缘状态(一维)在碲化汞/碲化镉量子阱中被预言于1987年,随后于2007年由实验观测证实。很快,拓扑绝缘体又被预言存在于含铋的二元化合物三维固体中。第一个实验实现的三维拓扑绝缘体在锑化铋中被观察到,随后不同实验组又通过角分辨光电子谱的方法,在锑,碲化铋,硒化铋,碲化锑中观察到了拓扑保护的表面量子态。现在人们相信,在其他一些材料体系中,也存在拓扑绝缘态。在这些材料中,由于自然存在的缺陷,费米能级实际上或是位于导带或是位于价带,必须通过掺杂或者通过改变其电势将费米能级调节到禁带之中

类似的边缘效应同样出现于量子霍尔效应之中,但仅在强垂直磁场,低温的二维系统中出现。

参考文献

  1. Kane, C. L.; Mele, E. J. . Physical Review Letters. 30 September 2005, 95 (14): 146802. doi:10.1103/PhysRevLett.95.146802.
  2. Bernevig, B. Andrei; Taylor L. Hughes, Shou-Cheng Zhang. . Science. 2006-12-15, 314 (5806): 1757–1761 . PMID 17170299. doi:10.1126/science.1133734.
  3. Konig, Markus; Steffen Wiedmann, Christoph Brune, Andreas Roth, Hartmut Buhmann, Laurens W. Molenkamp, Xiao-Liang Qi, Shou-Cheng Zhang. . Science. 2007-11-02, 318 (5851): 766–770 . PMID 17885096. doi:10.1126/science.1148047.
  4. Fu, Liang; C. L. Kane. . Physical Review B. 2007-07-02, 76 (4): 045302 . doi:10.1103/PhysRevB.76.045302.
  5. Shuichi Murakami. . New Journal of Physics. 2007, 9 (9): 356–356 . ISSN 1367-2630. doi:10.1088/1367-2630/9/9/356.
  6. Hsieh, D.; D. Qian, L. Wray, Y. Xia, Y. S. Hor, R. J. Cava & M. Z. Hasan. . Nature. 2008, 452 (9): 970–974 . PMID 18432240. doi:10.1038/nature06843. (原始内容存档于2009-12-23).
  7. Hasan, M. Z; C. L Kane. . 1002.3895. 2010-02-20 .
  8. Lin, Hsin; L. Andrew Wray, Yuqi Xia, Suyang Xu, Shuang Jia, Robert J. Cava, Arun Bansil, M. Zahid Hasan. . Nat Mater. 2010-07, 9 (7): 546–549 . ISSN 1476-1122. PMID 20512153. doi:10.1038/nmat2771.
  9. Hsieh, D.; Y. Xia, D. Qian, L. Wray, F. Meier, J. H. Dil, J. Osterwalder, L. Patthey, A. V. Fedorov, H. Lin, A. Bansil, D. Grauer, Y. S. Hor, R. J. Cava, M. Z. Hasan. . Physical Review Letters. 2009, 103 (14): 146401 . PMID 19905585. doi:10.1103/PhysRevLett.103.146401.
  10. Noh, H.-J.; H. Koh, S.-J. Oh, J.-H. Park, H.-D. Kim, J. D. Rameau, T. Valla, T. E. Kidd, P. D. Johnson, Y. Hu and Q. Li. . EPL Europhysics Letters. 2008, 81 (5): 57006 . doi:10.1209/0295-5075/81/57006.

更多阅读


本文来源:维基百科:拓扑绝缘体

本篇内容的全部文字在知识共享 署名-相同方式共享 3.0协议之条款下提供,附加条款亦可能应用。(请参阅使用条款

︿
︿