论拓扑绝缘体作为磁电体的若干问题

有人提出，拓扑绝缘体最好的表征不是作为表面导体，而是作为体相磁电体——在适当条件下——具有普适的量子化磁电响应系数 $e^2/2h$。然而，在具有无序、有限化学势、残余耗散甚至反演对称性的真实材料中，这些条件在多大程度上可实现尚不清楚。这导致了一些混淆和误解。本工作的主要目标是精确说明在何种现实情景下以及何种语境中拓扑绝缘体可被描述为磁电体。我们详细探讨三维磁电响应与一维电极化的类比、形式极化与有效极化及磁电极化率、1/2量子化表面量子霍尔效应、磁电极化率的多值性、反演对称性的作用、耗散效应，以及有限频率测量的必要性。我们从实验工作者的视角呈现这些问题，他们一直努力将优美的理论思想付诸实践，并试图在杂乱的真实材料系统中测量其（有时微妙的）物理后果。