自旋陈数理论和时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应

一般认为,量子自旋霍尔效应只有受到时间反演对称性的保护才是稳定的。但是,因为在实际材料中破坏时间反演对称性的微扰往往无法避免,这种受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应在真实环境中并不稳定。本综述将介绍近期在寻找无需时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应方向上的系列研究进展。我们将证明量子自旋霍尔体系的非平庸拓扑性质在时间反演对称性被破坏后仍然可以完好存在,并通过一个规范讨论,将边缘态一般性质和体能带的非平庸拓扑性质联系起来。进一步,将探讨通过人工消除边缘态时间反演对称性而实现稳定的量子自旋霍尔效应的方案。此外,我们还将介绍自旋陈数理论,自旋陈数是在没有时间反演对称性存在时,表征量子自旋霍尔体系所处不同拓扑相的有效工具。

赝自旋-轨道耦合诱导的声自旋陈数拓扑绝缘体

受拓扑保护的经典波边界模式对稳健的能量传输和可靠的信息处理有重要的意义.以往声波的拓扑边界模式,主要是在能带反转的两个声子晶体相之间的界面上实现,即表现为界面态.本工作通过构造由赝自旋-轨道耦合诱导的二维拓扑声子晶体,在单一声子晶体相的边缘上(即表面上)即获得了无带隙的螺旋性边界态.该边界态起源于非平庸的体拓扑,由自旋陈数描述,因此该声子晶体被称为声自旋陈数拓扑绝缘体.实验证明了这些边界态的存在.特别是,由于体系打破了赝自旋守恒,实验中观察到边界态的赝自旋翻转现象.