Cel mai bun răspuns
Vorticile produse de defecte induse în superconductori, superfluide sau chiar fotoni (vortex optic).
Ilustrația „tornadelor” cu heliu (2Mega rpm!), din livescience
În superconductori, fiecare por este o buclă de supercurent în reacție la câmpul magnetic extern (perpendicular pe placă)
Detaliu de detectare a buclei curente și microscop de scanare
Răspuns
Acesta a fost unul dintre domeniile speciale de cercetare în fizica materiei condensate, care a fost propus mai întâi teoretic și apoi verificat experimental. În efectul Hall cuantic, câmpul magnetic imens extern și temperatura scăzută sunt cea mai mare cerință, dar QSH este cazul special al efectului cuantic Hall fără aplicarea câmpului magnetic extern. Aici, cuplarea pe orbita de spin joacă rolul crucial și curentul rezultat pe suprafața pe care îl obținem este curenții de spin, nu curentul normal de electroni. Relativist, particulele încărcate de viteză v văd câmpul electric parțial ca un câmp magnetic. Întrucât electronii poartă spin și spin experimentează acest câmp magnetic, care ridică de fapt degenerescența și împarte nivelurile de energie. Astfel, cuplarea SO joacă rolul câmpului magnetic într-o manieră superficială. Această stare este izolantă în mare parte, având stări de suprafață fără goluri. Ce dă naștere stărilor de suprafață? Nu este deloc direct înainte. De fapt, este consecința topologiei care duce la modurile de energie zero prezente în vrac. S-a explicat bine din stările de energie negativă și pozitivă ale ecuației Dirac. Dar ecuația Dirac simplă nu va ajuta mult din cauza simetriei prezente între aceste două stări. În limbajul matematic, pot spune că nu va exista vreo distincție topologică între ele în explicația Dirac. Pentru a obține stările de suprafață, oamenii au încercat diferite corecții în ecuația Dirac și au aflat stările proprii care le permit să cunoască prezența energiei zero în decalaj. Acum, există modele teoretice destul de grele care pot explica numeroase proprietăți incredibile ale acestor sisteme interesante. În termeni simpli, invariant din punct de vedere topologic înseamnă închiderea și deschiderea decalajului de bandă ar trebui să fie continuă fără a deranja sistemul. Închiderea spațiului de bandă în stare solidă înseamnă a merge spre conductor și a deschide spațiul de bandă înseamnă a obține un insualtor. Deci, practic acest caz special stabilește o conexiune între banda de conducere și banda de valență care duce la stările de suprafață. Ne putem gândi ca și cum ceva merge de la negativ la pozitiv, trebuie să treacă prin zero undeva. Deci, acele moduri zero sunt dovada existenței stărilor. De asemenea, aceste stări de suprafață / stări de margine (stări de margine în 2D, stări de suprafață în 3 D) sunt invariante de inversare a timpului care afirmă că pentru fiecare stat propriu energetic, starea inversată în timp este, de asemenea, o stare proprie a aceleiași energii. În mecanica clasică special pentru sistemele de rotire 1/2, dacă răsturnăm săgeata timpului de două ori, totul ar trebui să se întoarcă la sine însă, în sistemele cuantice, pentru rotirile cu jumătate de număr întreg, o rotație de 2 \ pi înseamnă -1. De asemenea, există „o teoremă dată de Kramers care afirmă că o stare caracterizată prin vectorul k este degenerată cu starea caracterizată cu -k înseamnă mișcare în direcția opusă, ceea ce este echivalent cu mersul înapoi în timp. E (k, \ uparrow) = E (-k, \ downarrow) În timp ce inversăm timpul, schimbăm doi electroni ca perechi kramers și aceste două copii văd câmpul magnetic în direcția de propagare a contorului. Astfel, dă naștere la două stări de margine, una având spin în sus și alta cu spin în jos electroni. Acest nou tip de fază a materiei se numește izolator topologic cu stările de margine și izolatoare în vrac, păstrând simetria inversării timpului. Există articole uimitoare de recenzie pe această temă.
1. Izolatori și supraconductori topologici de Zhang și Xiao Liang Qi 2. Colocviu de Kane și Hasan Pentru că au avut glumă despre topologie, acolo ” o lucrare despre „Introducere în ordinea topologică” de Xi Xiao Liang Qi.