Najlepsza odpowiedź
Wiry powstałe w wyniku indukowanych defektów w nadprzewodnikach, nadpłynach, a nawet fotonach (wir optyczny).
Ilustracja przedstawiająca helowe „tornada” (2 mln obrotów na minutę!), z livescience
W nadprzewodnikach każdy por jest pętlą super prądu w reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne (prostopadłe do płytki)
Szczegóły detekcji pętli prądowej i mikroskopu skaningowego
Odpowiedź
To był jeden ze specjalnych obszarów badań w fizyce materii skondensowanej, który został zaproponowany najpierw teoretycznie, a następnie zweryfikowany eksperymentalnie. W kwantowym efekcie Halla zewnętrzne ogromne pole magnetyczne i niska temperatura są najwyższym wymaganiem, ale QSH jest szczególnym przypadkiem kwantowego efektu Halla bez zastosowania zewnętrznego pola magnetycznego. Tutaj sprzężenie orbity spinowej odgrywa kluczową rolę, a wynikający z tego prąd na powierzchni, który otrzymujemy, to prądy spinowe, a nie normalny prąd elektronowy. Relatywistycznie, naładowane cząstki o prędkości v postrzegają pole elektryczne częściowo jako pole magnetyczne. Ponieważ elektrony przenoszą spin i spin doświadczają tego pola magnetycznego, które w rzeczywistości podnosi degenerację i rozdziela poziomy energii, tak więc sprzężenie SO pełni rolę pola magnetycznego w sposób powierzchowny. Stan ten izoluje w masie o stanach powierzchniowych bez przerw. Co powoduje stany powierzchniowe? To wcale nie jest proste. W rzeczywistości jest to konsekwencja topologii, która prowadzi do trybów zerowej energii obecnych w masie. Zostało to dobrze wyjaśnione na podstawie ujemnych i dodatnich stanów energii równania Diraca. Jednak proste równanie Diraca nie pomoże zbytnio ze względu na samą symetrię występującą między tymi dwoma stanami. Mówiąc językiem matematycznym, mogę powiedzieć, że w wyjaśnieniu Diraca nie będzie między nimi żadnej różnicy topologicznej. Aby uzyskać stany powierzchniowe, ludzie próbowali różnych poprawek w równaniu Diraca i odkryli stany własne, które pozwalają im poznać obecność zerowej energii w szczelinie.Teraz istnieją dość ciężkie modele teoretyczne, które mogą wyjaśnić wiele niesamowitych właściwości tych ciekawe systemy. W kategoriach laików, niezmienny topologicznie oznacza, że zamykanie i otwieranie pasma wzbronionego powinno być ciągłe bez zakłócania systemu. Zamknięcie pasma wzbronionego w stanie stałym oznacza pójście w kierunku przewodnika, a otwarcie pasma wzbronionego oznacza uzyskanie insualtora. Tak więc, w zasadzie ten specjalny przypadek ustanawia połączenie między pasmem przewodnictwa i pasmem walencyjnym, które prowadzi do stanów powierzchniowych. Możemy myśleć, że coś zmienia się z negatywnego w pozytywne, musi gdzieś przejść przez zero. Zatem te tryby zerowe są dowodem na istnienie stanów. Ponadto te stany powierzchniowe / stany krawędziowe (stany krawędziowe w 2D, stany powierzchniowe w 3D) są niezmiennikiem odwrócenia czasu, co oznacza, że dla każdego stanu własnego energii stan odwrócony w czasie jest również stanem własnym o tej samej energii. W mechanice klasycznej, szczególnie w układach o spinie 1/2, jeśli dwukrotnie odwrócimy strzałkę czasu, wszystko powinno wrócić do siebie. Jednak w układach kwantowych, dla spinów pół całkowitych, obrót 2 \ pi oznacza -1. Istnieje również „twierdzenie Kramersa, że stan charakteryzowany przez wektor k jest zdegenerowany ze stanem charakteryzowanym przez -k oznacza poruszanie się w przeciwnym kierunku, co jest równoważne cofaniu się w czasie. E (k, \ uparrow) = E (-k, \ downarrow) Podczas odwracania czasu wymieniamy dwa elektrony jako parę kramerów i te dwie kopie widzą pole magnetyczne w kierunku przeciwnym do propagacji, co daje początek dwóm stanom brzegowym, z których jeden ma spin w górę, a drugi w dół. Ten nowy rodzaj fazy materii nazywa się izolatorem topologicznym ze stanami krawędziowymi i izoluje masowo zachowując symetrię odwrócenia czasu. Istnieją niesamowite artykuły przeglądowe na ten temat.
1. Topologiczne izolatory i nadprzewodniki autorstwa Zhanga i Xiao Liang Qi 2. Kolokwium autorstwa Kanea i Hasana Za żartowanie z topologii. artykuł zatytułowany „Wprowadzenie do porządku topologicznego” autorstwa Xi Xiao Liang Qi.