我国科学家找到实现高阶拓扑绝缘体理论依据

《科学技术日报》合肥5月6日电(记者吴长锋)记者从中国科技大学获悉，乔振华教授的研究小组及其在合肥国家微尺度材料科学研究中心的合作者在低维系统高阶拓扑绝缘体的理论预测方面取得了新的突破。相关结果最近发表在国际权威物理杂志《物理评论快报》上。

拓扑量子系统是凝聚态物理的一个研究热点。最近，基于对称性和材料数据库的高通量计算，已经报道了几十种二维拓扑绝缘体材料。其中，绝大多数已发现的物质系统可以用两个理论模型有效地描述。随着拓扑绝缘体概念的不断推广，在二维和三维层状材料系统中广泛存在的新拓扑相不断被发现。

近年来，理论发展已经将拓扑相位扩展到更高阶:N维更高阶绝缘体的N-1维边界仍然是绝缘的，但是它在N-2维边缘或拐角上具有拓扑保护的电子态。对于二维高阶拓扑绝缘体，电子不能在边界上传输，但是零能电子态可以出现在两边相交的角落。然而，这种二维高阶拓扑绝缘体还没有在凝聚态系统中实现。

研究人员提出了一种实现从一阶到二阶拓扑绝缘体操纵的新方案，即通过在二维一阶拓扑绝缘体上感应平面磁矩来实现二维二阶拓扑绝缘体。一阶拓扑绝缘体受时间反转对称性保护。然而，面内磁矩的出现打破了对称性，使得拓扑绝缘体变得拓扑平庸。同时，由于对称性被破坏，导电边界状态不再导电，并且零能量电子状态出现在两个绝缘体之间的边界处。

研究结果为高阶拓扑绝缘子的设计和实现提供了坚实的理论基础。