Тополошки изолатори

Tополошки изолатори су електронски материјали који, попут обичних изолатора имају енергијски процеп између валентне и проводне зоне, али је код тополошких изолатора додатно то што је и површина материјала проводна. Проводност граничне површине омогућена је спин-орбитном интеракцијом и симетријом временске инверзије.

Тродимензионални тополошки изолатори на својој граничној површини очувавају дводимензионалне спин-поларизоване Диракове фермионе.

Историјат

Тополошке изолаторске фазе су пронађене у периоду између 2005. и 2007. године, а већ су у наредним годинама детектоване и код реалних материјала.

Особине

Ландауовљеви нивои код квантног целобројног Холовог стања

Сви обични изолатори се карактеришу истом тополошком изолаторском фазом, због тога што се сви могу квалитативно описати једним енергијским процепом. 1980их година установљено је да ако се електрони ограниче на дводимензионалну површ и овакав систем се постави у јако магнетно поље, доћи ће до појаве одређеног коначног броја Ландауовљевих енергетских нивоа, док ће преостали енергетски нивои остати празни. Енергетски процеп између празних и попуњених нивоа овакве материјале може окарактерисати изолаторима. Додатно, за разлику од обичног изолатора, електрично поље ће на површини изазвати дрифт циклотронских орбита, што ће узроковати да површина постане проводна. Карактеристично је да је проводност тачно квантована, што је измерено са високом тачношћу, те је потврђено да је тополошка природа ових стања различита од обичних изолатора. Овакво стање назива се квантовано целобројно Холово стање, а проводност на површини је Холова проводност.

Системи са квантним целобројном Холовим стањем се могу описивати једночестичном квантно-механичком теоријом, док се системе окарактерисаним квантним разломљеним Холовим стањем мора описивати у оквирима вишечестичне теорије.

Примена

Тополошки изолатори су веома интересантни за примену, јер имају висок потенцијал у примени у спинотроници и квантном рачунарству.

Види још

• Изолатори