移位绝缘体：旋转保护的二维拓扑晶体绝缘体

我们研究了一个受旋转对称性保护的拓扑晶体绝缘体（TCI）的二维（2D）紧束缚模型。该模型通过堆叠两个具有相反陈数的陈绝缘体构建，它们在旋转群下以共轭表示变换，例如 $p_\pm$ 轨道。尽管它表面上与 Kane-Mele 模型相似，但它不具有稳定的无能隙表面态。然而，该模型表现出拓扑响应，包括束缚于旋转缺陷（ disclination）的量子化分数电荷的出现，以及响应穿入基本磁通量而泵浦角动量，这些由电磁规范场与对应于旋转对称性的有效规范场之间的相互陈-西蒙斯耦合描述。此外，我们表明尽管该模型的填充能带不允许对称的 Wannier 表示，但在加入适当的原子轨道后该阻碍被消除，这意味着“脆弱”拓扑。因此，该模型的响应可以通过将其表示为具有正整数和负整数系数的原子轨道的叠加来推导。在分析了作为受旋转保护的二维 TCI 原型示例的模型之后，我们表明所有受点群对称性保护且没有受保护表面态的 TCI 要么是原子绝缘体，要么是脆弱相。值得注意的是，这意味着在无相互作用电子系统中，无能隙表面态存在当且仅当存在稳定的 Wannier 阻碍。然后我们使用降维将受旋转保护的二维 TCI 分类问题映射到一个零维（0D）问题，并由此获得此类 TCI 的完整无相互作用分类以及在相互作用存在下该分类的约化。