拓扑绝缘体自年被发现以来，逐渐成为了凝聚态物理领域的一个的新热点，并被认为是继石墨烯（年诺贝尔物理学奖）之后的”NextBigThing”。它对于基础物理的理解以及半导体器件的应用都有很大的价值，年，大卫·索利斯（DavidJ.Thouless）、邓肯·霍尔丹（F.DuncanM.Haldane）和迈克尔·科斯特利茨（J.MichaelKosterlitz）共同获得了诺贝尔物理学奖，以表彰他们在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相。那么拓扑绝缘体究竟是什么呢？我们一起来科普一下吧。

什么是拓扑绝缘体？

按照导电性质的不同，材料可分为“导体”和“绝缘体”两大类；而更进一步，根据电子态的拓扑性质的不同，“绝缘体”和“导体”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。

因而，拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样，是绝缘的，但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性（比如时间反演对称性）的前提下是稳定存在的，而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的，所以信息的传递可以通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷来传递。

简言之，拓扑绝缘体的内部是绝缘体，然而表面却有被拓扑保护的电子态。这个电子态的维度比内部要低1个维度（比如对一个3维绝缘体，表面电子态就是2维），而且有很多新奇的性质。也正是这些性质，使得它有可能被广泛的应用。

拓扑绝缘体的作用

所谓电阻，就是电子的运动被某些东西给碰撞阻碍，使其运动受阻的宏观表现。假设，哆啦A梦代表电子，胖虎是来撞他的杂质，那么拓扑绝缘体的表面电子防止被杂质散射的过程可以形象地表示为电子是否能背向散射（弹回去）。正是这个性质导致了低电阻，而内部是绝缘体又防止了漏电，从而制造的器件以低功耗运行，使得拓扑绝缘体在半导体器件应用领域有潜在的价值。

拓扑绝缘体的电子运动不符合通常金属电子色散关系E=k^2/2m，而是E=v*k，v就是电子运动的速率（已假定k0=0）。注意对光而言，有E=c*k成立，其中c为光速，所以我们说，电子的运动方式，不像非相对论的粒子，而像光，只是速率不同。也正是这个性质，使得电子对于外界电场有很灵敏的响应，从而可以作为半导体器件（比如场效应管）的基础。

新一代拓扑绝缘体

六硼化钐是一个典型的中间价化合物，其中Sm2+和Sm3+的比率为三比七。它属于一种近藤绝缘体，在高温下（高于50K），它的属性是典型的近藤金属，强电子散射使其具有金属导电性，而在低温下，它表现为具有窄约4-14毫电子伏特带隙的非磁性的绝缘层。SMB6伴随着由热导率急剧增加使冷却引起的金属-绝缘体转变，峰值在约15K，增加的原因是电子低温下无助于热导率，使占主导地位的电子浓度的减少降低电子-声子散射率。

一项新的研究指出，它可能是一个拓扑绝缘体。只是目前没有可信的文献证实。

如果这样的理论得到证实，我相信未来诺贝尔物理学奖的名单上必将再次写上中国人的姓名！

哈哈哈我是小意，非常感谢大家的阅读，喜欢小意的可以点一下

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