拓扑绝缘体

拓扑绝缘体是一种电子材料，其体态具有像普通绝缘体一样的带隙，但在其边缘或表面具有受保护的导电态。二维拓扑绝缘体是一种量子自旋霍尔绝缘体，它是整数量子霍尔态的近亲。三维拓扑绝缘体在其表面支持新颖的自旋极化二维狄拉克费米子。在这篇综述文章中，我们将回顾这些电子态的理论基础，并描述最近观察到其特征的实验。我们将描述在HgCdTe量子阱上的输运实验，这些实验证明了量子自旋霍尔绝缘体所预测的边缘态的存在。然后，我们将讨论在Bi_{1-x}Sb_x、Bi_2 Se_3、Bi_2 Te_3和Sb_2 Te_3上的实验，这些实验将这些材料确立为三维拓扑绝缘体，并直接探测了其表面态的拓扑性质。接着，我们将描述由于感应能隙而在三维拓扑绝缘体表面可能出现的奇异态。磁能隙导致一种新颖的量子霍尔态，该态产生拓扑磁电效应。超导能隙导致一种支持马约拉纳费米子的态，并可能为实现拓扑量子计算的提议提供新的场所。最后，我们将讨论观察这些奇异态的前景，以及拓扑绝缘体的其他潜在器件应用。