Mejor respuesta
Vórtices formados por defectos inducidos en superconductores, superfluidos o incluso fotones (vórtice óptico).
Ilustración de «tornados» de helio (¡2Mega rpm!), de ciencia de la vida
En los superconductores, cada poro es un bucle de supercorriente en reacción al campo magnético externo (perpendicular a la placa)
Detalle del lazo actual y detección del microscopio de barrido
Respuesta
Esta ha sido una de las áreas de investigación especial en física de la materia condensada que se propuso primero teóricamente y luego se verificó experimentalmente. En el efecto Hall cuántico, el enorme campo magnético externo y la baja temperatura son los requisitos más importantes, pero QSH es el caso especial del efecto Hall cuántico sin la aplicación de un campo magnético externo. Aquí, el acoplamiento de la órbita de Spin juega un papel crucial y la corriente resultante en la superficie que obtenemos son las corrientes de spin, no la corriente normal de electrones. Relativísticamente, las partículas cargadas de velocidad v ven el campo eléctrico en parte como un campo magnético. Dado que los electrones transportan espín y espín experimentan este campo magnético, que en realidad levanta la degeneración y divide los niveles de energía. Por lo tanto, el acoplamiento SO desempeña el papel de campo magnético de una manera superficial. Este estado es aislante en la mayor parte teniendo estados superficiales sin espacios. ¿Qué da lugar a los estados de superficie? No es nada sencillo. En realidad, es la consecuencia de la topología lo que conduce a los modos de energía cero presentes en la masa. Se ha explicado bien a partir de los estados de energía negativo y positivo de la ecuación de Dirac. Pero la ecuación de Dirac simple no ayudará mucho debido a la pura simetría presente entre estos dos estados. En lenguaje matemático, puedo decir que no habrá ninguna distinción topológica entre ellos en la explicación de Dirac. Para obtener los estados de la superficie, las personas han probado diferentes correcciones en la ecuación de Dirac y han descubierto los estados propios que les permiten conocer la presencia de energía cero en el espacio. Ahora bien, existen modelos teóricos bastante pesados que pueden explicar numerosas propiedades increíbles de estos sistemas interesantes. En términos sencillos, Topológicamente invariante significa que cerrar y abrir la banda prohibida debe ser continuo sin perturbar el sistema. Cerrar la banda prohibida en estado sólido significa ir hacia el conductor y abrir la banda prohibida significa conseguir un aislador. Entonces, Básicamente, este caso especial establece una conexión entre la Banda de conducción y la Banda de Valencia que conduce a los estados de superficie. Podemos pensar como si algo estuviera pasando de negativo a positivo, tiene que pasar por cero en alguna parte. Entonces, esos modos cero son la prueba de la existencia de estados. Además, estos estados de superficie / estados de borde (estados de borde en 2D, estados de superficie en 3 D) son invariantes de inversión en el tiempo, lo que establece que para cada estado propio de energía, el estado inverso en el tiempo también es un estado propio de la misma energía. En la mecánica clásica, especialmente para los sistemas de espín 1/2, si giramos la flecha del tiempo dos veces, todo debería volver a sí mismo. Pero, en los sistemas cuánticos, para espines de medio entero, una rotación de 2 \ pi significa -1. Además, hay un teorema dado por Kramers que establece que un estado caracterizado por el vector k es degenerado con el estado caracterizado por -k significa moverse en la dirección opuesta, lo que equivale a retroceder en el tiempo. E (k, \ uparrow) = E (-k, \ flecha hacia abajo) Mientras invertimos el tiempo, intercambiamos dos electrones como pares de kramers y estas dos copias ven el campo magnético en dirección contraria a la propagación. Por lo tanto, da lugar a dos estados de borde, uno que tiene electrones de giro hacia arriba y otro hacia abajo. Este nuevo tipo de fase de la materia se llama aislante topológico con los estados de borde y aislante en masa preservando la simetría de inversión del tiempo. Hay artículos de revisión asombrosos sobre este tema.
1. Aislantes topológicos y superconductores de Zhang y Xiao Liang Qi 2. Coloquio de Kane y Hasan Por bromear sobre la topología, ahí » un artículo sobre «Introducción al orden topológico» de Xi Xiao Liang Qi.