时间反演对称晶体中的拓扑

拓扑绝缘体的发现重塑了现代材料科学，有望成为桌面相对论物理、无散射电子输运和稳定量子计算的平台。拓扑不变量被用来标记不同类型的拓扑绝缘体。但人们通常并不知道在任何给定晶体材料中可以存在多少或哪些不变量。利用一种新颖而高效的计数算法，我们研究了时间反演对称晶体中出现的拓扑不变量。这给出了一幅统一图像，解释了这些系统中所有已知拓扑不变量之间的关系。它还预言了新的拓扑相以及一个全新的拓扑不变量。我们明确给出了所有二维晶体费米子材料的分类，并给出了在任何三维结构中寻找类似结果的直截了当的步骤。我们的研究代表了适用于真实材料（具有晶体对称性）中所有拓扑不变量的一个单一、直观的物理图像。