从拓扑量子物质到拓扑相转换：基本原理、材料、相转换物理系统及器件应用

自旋轨道耦合场、Kramer 系统内的原子磁场或离散对称性可在布里渊区中创造拓扑环面，并提供受保护的边缘或表面态，其中可包含相对论性费米子，即狄拉克和 Weyl 费米子。拓扑保护的螺旋边缘或表面态与体态电子能带定义了物质的不同量子或拓扑相，为一些独特器件应用提供了极佳前景。量子材料的应用主要依赖于对拓扑性质的理解、其在不同外场刺激下的相互转换过程，以及实现相转换的物理系统。人们在寻找具有奇异拓扑相的新拓扑材料方面已作出巨大努力。然而，由于用于控制拓扑相转换的物理结构研发进展缓慢，拓扑性质在器件中的应用仍受限。此类控制系统常需要极端调控条件或制造复杂的多层拓扑结构。本综述文章重点阐述拓扑相及其转换过程的细节，连同其潜在物理系统及展望中的应用领域。进一步讨论了拓扑相关键因素与材料性质的总体概述，为后续章节提供必要背景。