Оглавление
- 1 Топологический изолятор
- 1.1 Определение и свойства топологических изоляторов
- 1.2 Классификация и симметрии
- 1.3 Поверхностные состояния и экзотические свойства
- 1.4 История и предсказания
- 1.5 Экспериментальная реализация
- 1.6 Топологические изоляторы Флоке
- 1.7 Свойства и области применения
- 1.8 Топологические инварианты и их измерение
- 1.9 Применение топологических изоляторов
- 1.10 Термоэлектрики и топологические изоляторы
- 1.11 Синтез топологических изоляторов
- 1.12 Рост топологических изоляторов
- 1.13 Топологические изоляторы на основе висмута
- 1.14 Идентификация и классификация топологических изоляторов
- 1.15 Топологические изоляторы и их идентификация
- 1.16 Периодическая таблица топологических изоляторов
- 1.17 Будущие исследования
- 1.18 Полугейслеровские соединения
- 1.19 Рекомендации
- 1.20 Полный текст статьи:
- 2 Топологический изолятор – Arc.Ask3.Ru
Топологический изолятор
-
Определение и свойства топологических изоляторов
- Топологический изолятор — материал, внутренняя часть которого ведет себя как изолятор, а поверхность — как проводник.
- Электроны могут перемещаться только вдоль поверхности материала.
- Топологические изоляторы имеют скрученные полосы, что делает их уникальными.
- Локальные возмущения не могут повредить проводящее состояние поверхности.
-
Классификация и симметрии
- Топологические изоляторы классифицируются по периодической таблице.
- Все топологические изоляторы обладают симметрией U(1) и часто симметрией обращения времени.
- Топологические инварианты позволяют классифицировать изоляторы.
-
Поверхностные состояния и экзотические свойства
- В симметричных трехмерных топологических изоляторах спин поверхностных состояний фиксируется под прямым углом к импульсу.
- Проводимость на поверхности сильно отличается от металлической.
-
История и предсказания
- Первые модели трехмерных топологических изоляторов предложены в 1985 году.
- В 2007 году предсказано существование трехмерных топологических изоляторов в бинарных соединениях с висмутом.
-
Экспериментальная реализация
- Двумерные топологические изоляторы реализованы в 2007 году в системе HgTe/CdTe.
- Первый трехмерный топологический изолятор реализован в Bi1-xSbx.
- Висмут демонстрирует странное состояние поверхности и массивные фермионы Дирака.
-
Топологические изоляторы Флоке
- Топологические изоляторы сложно синтезировать, что привело к поиску альтернативных систем.
- Квантовые блуждания с дискретным временем моделируют топологические изоляторы Флоке.
- Топологическими свойствами можно управлять с помощью внешнего периодического привода.
-
Свойства и области применения
- Фиксация спинового импульса позволяет сохранять симметрию поверхностных состояний майорановских частиц.
- Частицы Дирака ведут себя как безмассовые релятивистские фермионы.
- Поверхностные состояния топологических изоляторов отличаются от состояний при квантовом эффекте Холла.
-
Топологические инварианты и их измерение
- Топологические инварианты не могут быть измерены традиционными методами переноса.
- Экспериментальный метод измерения топологических инвариантов обеспечивает меру топологического порядка.
-
Применение топологических изоляторов
- Топологические изоляторы перспективны для спинтронных устройств и бездиссистемных транзисторов.
- Они также используются в передовых магнитоэлектронных и оптоэлектронных устройствах.
-
Термоэлектрики и топологические изоляторы
- Некоторые топологические изоляторы являются термоэлектрическими материалами.
- Высокая эффективность преобразования термоэлектрической энергии достигается в материалах с низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью.
-
Синтез топологических изоляторов
- Топологические изоляторы могут быть выращены различными методами, такими как MOCVD, PVD, сольвотермический синтез, сонохимический метод и MBE.
- MBE является наиболее распространенным методом, так как позволяет выращивать высококачественные монокристаллические пленки.
-
Рост топологических изоляторов
- Рост тонкопленочных топологических изоляторов регулируется слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями.
- MBE позволяет выращивать слоистые топологические изоляторы на различных подложках.
-
Топологические изоляторы на основе висмута
- До настоящего времени область топологических изоляторов была сосредоточена на халькогенидах висмута и сурьмы.
- Выбор халькогенидов связан с ван-дер-ваальсовой релаксацией согласующей силы решетки.
-
Идентификация и классификация топологических изоляторов
- Первый этап идентификации выполняется сразу после синтеза с помощью ARPES или STM.
- Теорема Блоха позволяет полностью охарактеризовать свойства материала при распространении волн.
- Количество связанных компонентов пространства указывает на количество различных “островков” изоляторов среди металлических состояний.
-
Топологические изоляторы и их идентификация
- Топологические изоляторы могут быть идентифицированы с помощью топологического инварианта.
- Пространство может быть ограничено при наличии симметрий, что меняет топологию.
- Рассматриваются три симметрии: симметрия обращения времени, симметрия частиц и дырок, киральная симметрия.
-
Периодическая таблица топологических изоляторов
- Все комбинации симметрий и пространственных измерений приводят к периодической таблице топологических изоляторов.
-
Будущие исследования
- Область применения топологических изоляторов нуждается в развитии.
- Лучшие топологические изоляторы из халькогенида висмута имеют изменение запрещенной зоны на 10 МэВ.
- Дальнейшее развитие должно включать изучение высокосимметричных электронных полос и синтезированных материалов.
-
Полугейслеровские соединения
- Полугейслеровские соединения могут состоять из большого числа элементов.
- Зонные структуры и энергетические промежутки чувствительны к валентной конфигурации и кристаллическим конфигурациям.
- В 18-электронных полугейслеровских соединениях предсказана нетривиальная зонная структура.
-
Рекомендации
- Ссылки на статьи и источники.