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科技工作者之家 2020-06-07
来源:知社学术圈
研究者利用电容和电感器件,构建了一个具有四维连接性质、满足经典时间反演对称的电路网络,该系统属于四维拓扑绝缘态。
半个世纪前固体能带理论的提出,让人们认识到材料为什么可以分为金属、绝缘体或者半导体,并促进了半导体产业的迅猛发展。现在人们认识到,系统的能带还可以根据对称性和空间维度,进行详细的拓扑分类。例如,考虑时间反演对称性、粒子-空穴对称性、手征对称性,以及不同的空间维度(d),绝缘态系统可以衍生出种类丰富的拓扑物态(见下表)。
拓扑材料具有拓扑保护的物理性质,不受杂质、缺陷等因素的影响,因而在低能耗、高速响应器件,量子计算等领域中具有巨大的潜在应用,在近十多年来受到了非常广泛的研究。人们已经在天然材料和人工材料中提出和验证了多种一维到三维的拓扑物态。例如,在破缺时间反演对称性(表中A类)的二维系统中,克劳斯·冯·克利青发现了整数量子霍尔态;在具备时间反演对称性的费米子系统中(表中AII类),人们发现了二维或者三维的拓扑绝缘态;考虑粒子-空穴对称性后可以出现一维到三维的拓扑超导态等。
我们生活的世界是三维空间,难以制备维度高于三维的材料系统,因此目前对高维度拓扑物态的研究还非常匮乏。
相比于天然材料,人工系统,特别是电路系统,具有若干优点。例如,系统的能带可以被精确设计和调控;系统具有自由的格点连通性,可以用来模拟任意维度的连接。因此,电路系统为实现有趣的高维拓扑物态提供了理想的实验平台。
近期,武汉大学余睿、南京大学赵宇心和斯图加特马克斯-普朗克研究所的Andreas Schnyder利用电路连接自由度高、不受空间维度制约的特性,用电容和电感器件构建了一个具有四维连接性质、满足经典时间反演对称的电路网络(如下图)。
来源:zhishexueshuquan 知社学术圈
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