
【电】 standoff insulator
insularity; insulation; isolation; seclusion
【法】 isolation
***lectric; insulator; nonconductor
【计】 isolater
【化】 insulator
【医】 insulator
孤立绝缘体是凝聚态物理学的核心术语,对应英文“Topological Insulator”。其本质是一种特殊的量子材料,内部表现为绝缘体,但表面或边缘存在受拓扑保护的导电态。以下从定义、物理机制与应用三方面解析:
指材料体相(bulk)的电子能带结构具有绝缘性,电子无法自由移动,形成“孤立”的绝缘态。
强调材料内部不导电的特性,区别于普通金属或半导体。
在保持体相绝缘的同时,材料边界存在受拓扑序保护的金属态,实现“绝缘体中的导电通道”。
电子自旋与轨道运动强耦合,导致表面产生无耗散的自旋极化电流 。
表面态受时间反演对称性保护,缺陷或杂质难以破坏其导电性(如Bi₂Se₃、Sb₂Te₃等材料)。
拓扑不变量(如$mathbb{Z}_2$指数)区分拓扑绝缘体与普通绝缘体:
$$
u = frac{1}{2pi} oint_{text{边界}} mathbf{A} cdot dmathbf{k} mod 2 $$
其中$ u=1$时为拓扑非平庸态 。
张首晟团队提出量子自旋霍尔效应理论(Science 2006)。
斯坦福大学团队通过角分辨光电子谱(ARPES)观测到Bi₁₋ₓSbₓ的表面态(Nature 2009)。
马普所发现二维磁性拓扑绝缘体(如CrI₃),拓展自旋电子学应用(Physical Review X 2023)。
权威参考来源:
Kane & Mele, Physical Review Letters (2005)
Hasan & Kane, Reviews of Modern Physics (2010)
Qi & Zhang, Reviews of Modern Physics (2011)
Bernevig et al., Science (2006)
Hsieh et al., Nature (2009)
Ugeda et al., Physical Review X (2023)
“孤立绝缘体”这一词语需要拆解为“孤立”和“绝缘体”两部分理解:
“孤立绝缘体”并非标准术语,但可推测其可能含义:
若涉及专业领域,建议结合具体语境进一步确认。例如,在电学工程中,“孤立”可能强调绝缘体未被接地或未与其他导体接触的特殊状态。
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