拓扑绝缘体与拓扑超导体中的新兴趋势

拓扑绝缘体是一类新型材料，其特征是具有像普通能带绝缘体一样的体带隙，但在其边缘或表面具有受保护的导电态。这些态的出现是由于自旋轨道耦合和时间反演对称性的结合。此外，这些态对由非磁性杂质引起的散射不敏感。二维(2D)拓扑绝缘体具有一维(1D)边缘态，其中电子的自旋-动量锁定产生了量子自旋霍尔效应。三维(3D)拓扑绝缘体在其表面支持新颖的自旋极化 2D 狄拉克费米子。这些拓扑绝缘体材料已在各种 2D 和 3D 系统中被理论预测和实验观测，包括 $\rm HgTe$ 量子阱、$\rm BiSb$ 合金以及 $\rm Bi_{2}Te_{3}$、$\rm Bi_{2}Se_{3}$ 晶体。此外，这些系统中的邻近诱导超导性可导致支持零能量马约拉纳费米子的态，该相被称为拓扑超导体。本文介绍了拓扑绝缘体和拓扑超导体的基本概念及其实验进展。