記者從中國科大獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心喬振華教授課題組與其合作者，在理論預(yù)言低維體系高階拓撲絕緣體方面取得新突破。相關(guān)成果日前發(fā)表在國際權(quán)威物理學(xué)期刊《物理評論快報》上。

拓撲量子體系是當(dāng)今凝聚態(tài)物理一個備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。近期，結(jié)合對稱性和材料數(shù)據(jù)庫的高通量計算報道了幾十種二維拓撲絕緣體材料。其中，絕大多數(shù)已發(fā)現(xiàn)的材料體系可以被這兩種理論模型有效地描述。隨著拓撲絕緣體這一概念的持續(xù)推廣，使得廣泛存在于二維和三維層狀材料體系中的新型拓撲相被不斷發(fā)現(xiàn)。

近年來的理論發(fā)展將拓撲相推廣到了高階：N維高階絕緣體的N-1維邊界依然絕緣，但是在N-2維的棱邊或棱角上具有受拓撲保護的電子態(tài)。對于一個二維高階拓撲絕緣體，電子在邊界上無法傳輸，但是在兩個邊相交的棱角處，可以出現(xiàn)零能電子態(tài)。然而，這種二維高階拓撲絕緣體在凝聚態(tài)體系中尚未被實現(xiàn)。

科研人員提出一種新的方案來實現(xiàn)從一階到二階拓撲絕緣體的操控，即通過在二維一階拓撲絕緣體上誘導(dǎo)出面內(nèi)磁矩來實現(xiàn)二維二階拓撲絕緣體。一階拓撲絕緣體受時間反演對稱性保護;然而，面內(nèi)磁矩的出現(xiàn)破壞了該對稱性，使得拓撲絕緣體變得拓撲平庸。同時，導(dǎo)電的邊界態(tài)也由于對稱性被破壞而變得絕緣不再導(dǎo)電，并且在兩個絕緣的邊界交界處，出現(xiàn)了零能電子態(tài)。

這項研究成果為設(shè)計實現(xiàn)高階拓撲絕緣體提供了堅實的理論依據(jù)。(記者吳長鋒)

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