晶体拓扑绝缘体中的Witten效应
介观与纳米尺度物理
2014-11-20 v3 强关联电子
摘要
很久以前就有人指出，可以在标准麦克斯韦拉格朗日量中添加一项形如θ(e²/2πh)B·E的项，而不会改变电学和磁学的熟悉定律。粒子物理学家将θ称为“轴子”场，其在真空中是否具有非零期望值仍是标准模型的一个基本未解问题。轴子项的一个关键表现是Witten效应：预测放置在非零θ介质中的单位磁单极子会束缚一个(通常为分数的)电荷 -e(θ/2π+n)，其中n为整数。本文基于最近确立的事实——θ=π的轴子项自然地出现在描述一类称为拓扑绝缘体的新型晶体固体的电磁响应中——对Witten效应进行了首次检验。拓扑绝缘体是以强自旋轨道耦合和非平凡能带结构为特征的材料。通过使用一个简单的拓扑绝缘体物理模型，我们通过显式数值计算证明了束缚在单极子上的分数电荷的存在。我们还提出了一种在拓扑绝缘体薄膜中产生“人工”磁单极子的方案，可用于促进对Witten预测的首次实验检验。
引用
@article{arxiv.1001.3179,
title = {Witten effect in a crystalline topological insulator},
author = {G. Rosenberg and M. Franz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1001.3179},
year = {2014}
}
备注
7 pages, 2 figures. Version to appear in PRB; minor changes, discussion of several issues expanded