Beste svaret
Virvler laget av induserte deffekter i superledere, superfluider eller til og med fotoner (optisk vortex).
Helium “tornadoes” illustrasjon (2Mega rpm!), fra livsvitenskap
I superledere er hver pore en løpestrøm med superstrøm som reaksjon på ekstremalt magnetfelt (vinkelrett på platen)
Detalj av gjeldende sløyfe og skannemikroskopdeteksjon
Svar
Dette har vært et av de spesielle forskningsområdene innen fysikk av kondensert materiale som ble foreslått først teoretisk og deretter senere bekreftet eksperimentelt. I quantum Hall-effekten er eksternt stort magnetfelt og lav temperatur det ytterste kravet, men QSH er det spesielle tilfellet med quantum hall-effekt uten anvendelse av eksternt magnetfelt. Her spiller rotasjonskobling av avgjørende betydning, og den resulterende strømmen på overflaten vi får er spinnstrømmer, ikke den normale elektronstrømmen. Relativistisk ser ladede partikler med hastighet v det elektriske feltet delvis som et magnetfelt. Siden elektroner bærer spinn og spinn opplever dette magnetfeltet, som faktisk løfter degenerasjonen og deler energinivåene. Dermed spiller SO-kobling rollen som magnetfelt på en overfladisk måte. Denne tilstanden er isolerende i bulk med gapløse overflatestatus. Hva gir opphav til overflatestatus? Det er ikke i det hele tatt rett frem. Det er faktisk en konsekvens av topologi som fører til null-energimodusene som er til stede i bulk. Det er blitt forklart godt fra Dirac-ligningens negative og postive energitilstander. Men Simple Dirac-ligning hjelper ikke mye på grunn av den rene symmetrien som er tilstede mellom disse to tilstandene. På matematisk språk kan jeg si at det ikke vil være noe topologisk skille mellom dem i Dirac-forklaring. For å få overflatetilstandene har folk prøvd forskjellige korreksjoner i Dirac-ligningen og funnet ut egentilstandene som lar dem få vite om det er null energi i gapet. Nå er det ganske tunge teoretiske modeller som kan forklare mange utrolige egenskaper ved disse interessante systemer. I lekmannsbetegnelser betyr topologisk invariant å lukke og åpne båndgapet være kontinuerlig uten å forstyrre systemet. Å lukke båndgapet i solid tilstand betyr å gå mot leder og åpne båndgapet betyr å få en insualtor. Så, i utgangspunktet setter dette spesielle tilfellet opp en forbindelse mellom ledningsbåndet og Valensbåndet som fører til overflatestatene. Vi kan tenke som om noe går fra negativt til positivt, det må passere gjennom null et sted. Så disse nullmodusene er beviset for eksistensen av stater. Dessuten er disse overflatestatusene / kanttilstandene (kanttilstandene i 2D, overflatestatusene i 3 D) tidsomvendt invariant som sier at for hver energitilstand er den omvendte tilstanden også en egentilstand med samme energi. I klassisk mekanikk spesielt for spinn 1/2-systemer, hvis vi snur tidens pil to ganger, bør alt gå tilbake til seg selv. I kvantesystemer betyr en rotasjon på 2 \ pi for halvtallsspinn -1. Det er også en setning gitt av Kramers om at en tilstand preget av vektor k er degenerert med tilstanden karakterisert med -k betyr at den beveger seg i motsatt retning, noe som tilsvarer å gå bakover i tid. E (k, \ uparrow) = E (-k, \ downarrow) Mens vi snur tiden, bytter vi ut to elektroner mens kramer pares, og disse to kopiene ser magnetfelt i motforplantningsretning. Dermed gir det opphav til to kanttilstander som har spinn opp og andre spinner ned elektroner. Denne nye typen fase kalles Topological Insulator with the edge states and isolating in bulk bevaring time reversal symmetry. Det er fantastiske artikler om dette emnet.
1. Topologiske isolatorer og superledere av Zhang og Xiao Liang Qi 2. Colloquium av Kane og Hasan For å ha det gøy om topologi, der » et papir om «Introduksjon til topologisk orden» av Xi Xiao Liang Qi.