عایق های توپولوژیک دسته ای از مواد الکترونیکی هستند که بر روی مرز رسانا و در حجم خود عایق می باشند، و این رفتار ناشی از دارا بودن مشخصات غیربدیهی توپولوژیکی در ساختار نواری شان است. [ ۲]
این مواد درون توده خود یک گاف انرژی الکترونی دارند و بنابراین عایق می باشند، ولی در روی سطح دارای حالت های سطحی بدون گاف انرژی و خاصیت رسانش می باشد. [ ۲] وجود حالت های فلزی و بدون گاف در سطوح می توانند به خواص غیرعادی در هدایت الکترونی منجر شود. [ ۳] این حالت ها به دلیل برهمکنش اسپین–مداری و حضور تقارن وارون زمانی امکان پذیر هستند.
ساختارهای دو بعدی و سه بعدی این دسته از مواد هم به طور تجربی و هم نظری مورد بررسی قرار گرفته اند. یک عایق توپولوژیک دو بعدی، در واقع یک عایق کوانتومی اسپین هال می باشد. یک عایق سه بعدی توپولوژیکی دارای فرمیون های دیراک روی سطح خود است. حالت های سطح عایق توپولوژیک با استفاده از پایستگی تعداد ذرات و تقارن وارون زمانی، متقارن هستند و ازین جهت این نوع مواد بسیار خاص هستند. [ ۴]
در حجم یک عایق توپولوژیک ( با صرف نظر از برهم کنش الکترون ها ) ، ساختار نواری الکترونی به ساختار نواری عایق های معمولی شباهت دارد به طوری که سطح فرمی، میان نوارهای رسانش و ظرفیت قرار گرفته است. روی عایق توپولوژیک حالت های خاصی وجود دارد که باعث می شود گاف انرژی ازمیان برداشته شود و به سطح این امکان را می دهد که رسانا شود.
حامل های بار روی سطح، در این شرایط طوری حرکت می کنند که اسپینشان در یک جهت قرار گرفته باشد[ ۱] ( اسپین حامل ها به صورت راست - زاویه قفل شده اند ) .
در یک انرژی داده شده، حالت های در دسترس الکترونی دیگر، اسپین متفاوتی دارند بنابراین پراکندگی به شدت سرکوب می شود و سطح به شدت قابلیت رسانایی پیدا می کند.
عایق های توپولوژیکی غیر برهمکنشی با اندیس Z 2 مشخص می شوند.
حالت های رسانشی رو سطح عایق توپولوژیک توسط تقارن وارون زمانی و ساختار نواری ماده محافظت می شود و
این حالت ها توسط تغییرهای کوچک در ماده اگر تقارن وارون زمانی شکسته نشود، ازبین نمی روند.
حالت کوانتومی هال زمانی اتفاق می افتد که الکترون ها در دو بعد محبوس باشند ( جریان الکترونی از یک مولد روی یک سطح دوبعدی ) و
یک میدان مغناطیس قوی در راستای عمود بر جریان به آن اعمال شوند .
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفاین مواد درون توده خود یک گاف انرژی الکترونی دارند و بنابراین عایق می باشند، ولی در روی سطح دارای حالت های سطحی بدون گاف انرژی و خاصیت رسانش می باشد. [ ۲] وجود حالت های فلزی و بدون گاف در سطوح می توانند به خواص غیرعادی در هدایت الکترونی منجر شود. [ ۳] این حالت ها به دلیل برهمکنش اسپین–مداری و حضور تقارن وارون زمانی امکان پذیر هستند.
ساختارهای دو بعدی و سه بعدی این دسته از مواد هم به طور تجربی و هم نظری مورد بررسی قرار گرفته اند. یک عایق توپولوژیک دو بعدی، در واقع یک عایق کوانتومی اسپین هال می باشد. یک عایق سه بعدی توپولوژیکی دارای فرمیون های دیراک روی سطح خود است. حالت های سطح عایق توپولوژیک با استفاده از پایستگی تعداد ذرات و تقارن وارون زمانی، متقارن هستند و ازین جهت این نوع مواد بسیار خاص هستند. [ ۴]
در حجم یک عایق توپولوژیک ( با صرف نظر از برهم کنش الکترون ها ) ، ساختار نواری الکترونی به ساختار نواری عایق های معمولی شباهت دارد به طوری که سطح فرمی، میان نوارهای رسانش و ظرفیت قرار گرفته است. روی عایق توپولوژیک حالت های خاصی وجود دارد که باعث می شود گاف انرژی ازمیان برداشته شود و به سطح این امکان را می دهد که رسانا شود.
حامل های بار روی سطح، در این شرایط طوری حرکت می کنند که اسپینشان در یک جهت قرار گرفته باشد[ ۱] ( اسپین حامل ها به صورت راست - زاویه قفل شده اند ) .
در یک انرژی داده شده، حالت های در دسترس الکترونی دیگر، اسپین متفاوتی دارند بنابراین پراکندگی به شدت سرکوب می شود و سطح به شدت قابلیت رسانایی پیدا می کند.
عایق های توپولوژیکی غیر برهمکنشی با اندیس Z 2 مشخص می شوند.
حالت های رسانشی رو سطح عایق توپولوژیک توسط تقارن وارون زمانی و ساختار نواری ماده محافظت می شود و
این حالت ها توسط تغییرهای کوچک در ماده اگر تقارن وارون زمانی شکسته نشود، ازبین نمی روند.
حالت کوانتومی هال زمانی اتفاق می افتد که الکترون ها در دو بعد محبوس باشند ( جریان الکترونی از یک مولد روی یک سطح دوبعدی ) و
یک میدان مغناطیس قوی در راستای عمود بر جریان به آن اعمال شوند .
wiki: عایق توپولوژیک