在二维拓扑绝缘体中搜寻磁单极子
介观与纳米尺度物理
2019-10-09 v2 材料科学
摘要
与产生电场的电荷不同，磁荷（即磁单极子）在基础电磁学中并不存在。因此，磁通线只能形成闭合回路，在自然界中不可能有源或汇。因此，在拓扑材料中概念性地描绘出磁单极子是非同寻常的发现。具体而言，在二维拓扑绝缘子中，拓扑不变量对应于有效磁场（贝里曲率）在倒空间上的总通量。由此自然想到将二维倒空间卷绕成紧致流形——环面，并设想总通量源自环面内具有量子化总电荷的磁单极子。然而，这一具有物理吸引力的图像尚未被定量实现：除了在一个玩具（实为误导性）图像中的存在之外，磁单极子的性质仍属未知。在此，我们将通过搜寻倒 -空间中的磁单极子来解决这一长期问题。我们将展示，将系统解析延拓到第三个虚动量空间后，会得到一个简单且物理上有用的图像。随后我们阐明磁单极子在拓扑相变过程中的演化，并借此对以下现象给出自然解释：1) 整数拓扑不变量的不连续跳跃，2) 相边界上的半金属性质，以及 3) 全局拓扑的改变如何由倒空间中的局域变化所引发。
引用
@article{arxiv.1802.05624,
title = {Hunting Down Magnetic Monopoles in 2D Topological Insulators},
author = {Wenjie Xi and Wei Ku},
journal= {arXiv preprint arXiv:1802.05624},
year = {2019}
}