Новый класс веществ — топологические изоляторы

Видео

Аннотация

Доклад посвящен обзору необычных свойств нового класса веществ — топологических изоляторов.

Новой парадигмой является то, что топологические изоляторы связаны не с возникновением спонтанного нарушения симметрии в кристалле и связанного с ним возникновения параметра порядка, а с появлением топологического инварианта.

Обсуждается аналогия свойств топологических изоляторов и квантового эффекта Холла. В трехмерных (сильных) топологических изоляторах в объеме имеется щель в спектре, но на поверхности они имеют бесщелевые, топологически защищенные поверхностные электронные состояния с нулевыми эффективными массами электронов и дырок (как в графене).

Электроны на поверхности топологического изолятора имеют жесткую корреляцию направления спина и импульса — их спин перпендикулярен импульсу, и это свойство подтверждено экспериментально. Это приводит к необычным свойствам коллективных возбуждений на поверхности топологических изоляторов - связанным волнам плотности заряда и плотности спина (спин-плазмонам).

Обсуждается квантованный магнитоэлектрический эффект в топологических изоляторах и связанные с ним киральные элементарные возбуждения и киральные оптические отклики, а также возможные применения этого эффекта для записи информации.

Обсуждаются свойства дионов — «связанных» состояний электронов над поверхностью топологических диэлектриков (с открытой магнитными примесями щелью) и магнитных монополей изображения, соответствующих наведенной электронами магнитной поляризации.