Я читал во многих местах, что бесщелевые поверхностные состояния трехмерных топологических изоляторов устойчивы к возмущениям, которые не нарушают симметрию обращения времени.
Недавно я также видел много статей (например, http://arxiv.org/abs/1002.0842 ) о топологических изоляторах вблизи сверхпроводника. Все они предсказывают, что в поверхностных состояниях возникнут щели и что на поверхности индуцируется сверхпроводимость.
Но я не могу совместить эти две проблемы. Сверхпроводимость не нарушает симметрию обращения времени. Почему тогда возникает щель в поверхностных состояниях?
Если симметрия обращения времени нарушена на поверхности топологического изолятора, щель может открыться в точке Дирака топологического поверхностного состояния. Точка Дирака, в которой электроны, движущиеся вперед и назад, имеют одинаковую энергию, расположена в точке импульса, инвариантной относительно обращения времени (также называемой точкой Крамера) в обратном пространстве (импульс кристалла равен нулю или нулю плюс целое кратное вектора обратной решетки). Крамеровская пара ветвей поверхностных состояний, определенная для электронов, движущихся вперед и назад, которые в противном случае были бы вырожденными при k = 0, больше не являются вырожденными в результате взаимодействия, нарушающего симметрию с обращением во времени, которое по-разному связано с разными спинами.
Для сверхпроводника энергетическая щель образуется при энергии Ферми (энергия связи = 0). Конденсат куперовских пар имеет меньшую энергию, чем энергия Ферми нормального металлического состояния, тогда как неспаренные электронные состояния существуют выше энергии Ферми. Таким образом, образуется зазор. Есть надежда, что куперовские пары будут туннелировать из сверхпроводника на поверхность топологического изолятора в непосредственной близости от него, создавая аналогичную щель в состоянии топологической поверхности.
Таким образом, это два разных типа щелей в разных областях ленточной структуры, которые означают очень разные виды порядка.
Топологические изоляторы типа BiSb также защищены симметрией сохранения числа частиц/заряда, которую нарушил бы сверхпроводник. http://arxiv.org/abs/0901.2686
ФраШелле