Migliore risposta
Vortici prodotti da difetti indotti in superconduttori, superfluidi o anche fotoni (vortice ottico).
Illustrazione di “tornado” di elio (2Mega rpm!), da livescience
Nei superconduttori, ogni poro è un loop di super corrente in reazione al campo magnetico esterno (perpendicolare alla piastra)
Dettagli del loop di corrente e rilevamento del microscopio a scansione
Risposta
Questa è stata una delle aree di ricerca speciale nella fisica della materia condensata che è stata proposta prima teoricamente e poi verificata sperimentalmente. Nelleffetto Hall quantistico, lenorme campo magnetico esterno e la bassa temperatura sono il requisito massimo, ma QSH è il caso speciale delleffetto Hall quantistico senza lapplicazione di un campo magnetico esterno. Qui, laccoppiamento dellorbita di spin gioca il ruolo cruciale e la corrente risultante sulla superficie che otteniamo sono correnti di spin, non la normale corrente di elettroni. Relativisticamente, le particelle cariche di velocità v vedono il campo elettrico in parte come un campo magnetico. Poiché gli elettroni trasportano spin e spin sperimentano questo campo magnetico, che in realtà solleva la degenerazione e divide i livelli di energia.Quindi, laccoppiamento SO svolge il ruolo del campo magnetico in modo superficiale.Questo stato è isolante nella massa con stati superficiali senza gap. Cosa danno origine agli stati di superficie? Non è affatto semplice. In realtà è la conseguenza della topologia che porta alle modalità a energia zero presenti nella massa. È stato spiegato bene dagli stati energetici positivi e negativi dellequazione di Dirac. Ma lequazione di Dirac semplice non sarà di grande aiuto a causa della pura simmetria presente tra questi due stati. In linguaggio matematico, posso dire che non ci sarà alcuna distinzione topologica tra di loro nella spiegazione di Dirac. Per ottenere gli stati di superficie, le persone hanno provato diverse correzioni nellequazione di Dirac e hanno scoperto gli stati originali che consentono loro di conoscere la presenza di energia zero nel gap. Ora, ci sono modelli teorici piuttosto pesanti che possono spiegare numerose proprietà incredibili di questi sistemi interessanti. In parole povere, Topologicamente invariante significa che chiudere e aprire il band gap dovrebbe essere continuo senza disturbare il sistema. Chiudere il band gap allo stato solido significa andare verso il conduttore e aprire il band gap significa ottenere un insualtor. Quindi, fondamentalmente questo caso speciale stabilisce una connessione tra la banda di conduzione e la banda di valenza che porta agli stati di superficie. Possiamo pensare come se qualcosa andasse da negativo a positivo, dovesse passare per lo zero da qualche parte. Quindi, quei modi zero sono la prova dellesistenza degli stati. Inoltre, questi stati di superficie / stati di bordo (stati di bordo in 2D, stati di superficie in 3 D) sono invarianti di inversione del tempo che afferma che per ogni autostato di energia, lo stato di inversione di tempo è anche uno stato di autonomia della stessa energia. Nella meccanica classica specialmente per i sistemi di spin 1/2, se capovolgiamo la freccia del tempo due volte, tutto dovrebbe tornare a se stesso. Ma, nei sistemi quantistici, per gli spin semi interi, una rotazione di 2 \ pi significa -1. Inoltre, esiste un teorema dato da Kramers che afferma che uno stato caratterizzato dal vettore k è degenere con lo stato caratterizzato da -k significa muoversi nella direzione opposta, che equivale a tornare indietro nel tempo. E (k, \ uparrow) = E (-k, \ downarrow) Mentre si inverte il tempo, scambiamo due elettroni come coppia di kramer e queste due copie vedono il campo magnetico in direzione di propagazione contraria, dando origine a due stati limite uno con spin up e laltro spin down. Questo nuovo tipo di fase della materia è chiamato isolante topologico con gli stati limite e isolante alla rinfusa preservando la simmetria dellinversione temporale. Ci sono articoli di revisione straordinari su questo argomento.
1. Isolatori topologici e superconduttori di Zhang e Xiao Liang Qi 2. Colloquium di Kane e Hasan Per aver scherzato sulla topologia, ecco ” un articolo su “Introduzione allordine topologico” di Xi Xiao Liang Qi.