拓扑绝缘体中的 Callan-Rubakov 效应

Callan-Rubakov 效应描述的是单极子催化的质子衰变。虽然该效应是量子场论中的基本概念，但其实验观测仍远未实现。本文揭示了类似但可被实验接近的缺陷催化量子异常的效应。具体而言，拓扑绝缘体表面的 Dirac 费米子在位错或 $\pi$ 通量位置发展出一种独特的局域化态，从而介导自旋翻转时反演破坏性散射或电子吸收。尽管拓扑绝缘体是厄米的，但一种非厄米拓扑数保证了局域化态的稳健存在。我们的发现表明，非磁性缺陷在拓扑绝缘体表面可能类似磁性杂质。利用 K 理论分类，我们将该凝聚态版本的 Callan-Rubakov 效应推广到其他拓扑材料类别。