材料的拓扑性质,拓扑的定义

物理拓扑结构 2023-12-08 13:24 259 墨鱼

物理拓扑结构

材料的拓扑性质,拓扑的定义

材料的拓扑性质,拓扑的定义

结合拓扑学、电子特性和量子磁性的材料对于它们所展示的量子多体物理学及其在电子元件中的可能应用来说非常令人兴奋。物理学家现已建立了此类材料的磁能带拓扑和电子能带拓扑之间的联系。拓扑半金属材料是目前凝聚态物理的一个重要研究方向。拓扑半金属的能带在费米能级附近有非平凡的交叉，因此低能电子态将与传统的薛定谔型电子不同。可跨越的维度（

根据能带是非简并还是双简并，拓扑材料被称为拓扑韦尔半金属或拓扑狄拉克半金属。拓扑材料的性质表明马约拉纳、韦朗和狄拉费米子的存在。因此，拓扑材料近年来得到了证实。他们的研究表明，数以千计的已知材料可能具有拓扑性质，即自然界中大约24%的材料可能具有拓扑结构。拓扑描述了几何图形或空间在不断改变其形状后保持不变的能力。

常见拓扑材料的独特性质主要包括对螺旋自旋纹理拓扑表面态的后向散射抑制（引入磁性掺杂后后向散射通道再次打开）。负磁阻效应拓扑表面态有时会被薄膜所抑制。有限尺寸效应简单来说，拓扑材料分为拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑晶体绝缘体等，并根据不同拓扑不变量的值进一步分类；而只有这些更详细的分类才能表达材料的完整拓扑结构

他们还发现，少数材料在暴露于某些条件下时包含多种拓扑状态。研究人员表示："以新的视角重新审视之前的实验是令人惊奇的第一步，但我们可以期待一个更加令人兴奋的未来。在拓扑材料方面，一个国际研究小组发现，近90%的材料具有远离拓扑电子态的特性，其固有电子数即费米能级。尽管这些状态在许多实验探针中处于休眠状态，但它们仍然可以是人类的。"由化学掺杂、静电门控、静水压力和光学激发来调节。

当约束拓扑不变量——贝里相时，这个空间的拓扑性质就会显现出来。另一方面，当我们讨论拓扑材料和物态分类时，波函数并不是在实空间中定义的，而是在傅里叶变换（动量）空间中定义的。拓扑材料不仅具有单一电子性质和能带结构的共性，更重要的是，它们的能带结构还包含具有拓扑特征的量子态。这种拓扑态在自旋、拓扑量子计算、电子学等领域具有广阔的应用前景。

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