Ich habe an vielen Stellen gelesen, dass die lückenlosen Oberflächenzustände von topologischen 3D-Isolatoren robust gegenüber Störungen sind, die die Zeitumkehrsymmetrie nicht brechen.
Ich habe kürzlich auch viele Artikel (wie http://arxiv.org/abs/1002.0842 ) über topologische Isolatoren in der Nähe eines Supraleiters gesehen. Sie alle sagen voraus, dass die Oberflächenzustände Lücken bekommen und dass Supraleitung an der Oberfläche induziert wird.
Aber ich bin nicht in der Lage, die beiden Probleme in Einklang zu bringen. Die Supraleitung bricht die Zeitumkehrsymmetrie nicht. Warum entsteht dann eine Lücke in den Oberflächenzuständen?
Wenn die Zeitumkehrsymmetrie an der Oberfläche eines topologischen Isolators gebrochen wird, könnte sich am Dirac-Punkt des topologischen Oberflächenzustands eine Lücke öffnen. Der Dirac-Punkt, an dem sich vorwärts und rückwärts bewegende Elektronen die gleiche Energie haben, befindet sich an einem zeitumkehrinvarianten Impulspunkt (auch Kramer-Punkt genannt) im reziproken Raum (der Kristallimpuls ist null oder null plus ein ganzzahliges Vielfaches). eines reziproken Gittervektors). Das Kramer-Paar von Oberflächenzustandszweigen, die für sich vorwärts und rückwärts bewegende Elektronen definiert sind, die andernfalls bei k = 0 entartet wären, sind nicht mehr entartet als Ergebnis einer zeitumkehrenden symmetriebrechenden Wechselwirkung, die unterschiedlich an verschiedene Spins koppelt.
Bei einem Supraleiter bildet sich die Energielücke bei der Fermi-Energie (Bindungsenergie = 0). Das Kondensat von Cooper-Paaren hat eine niedrigere Energie als die Fermi-Energie des normalen Metallzustands, während ungepaarte Elektronenzustände oberhalb der Fermi-Energie existieren. Daher bildet sich eine Lücke. Die Hoffnung ist, dass Cooper-Paare von einem Supraleiter auf die Oberfläche eines topologischen Isolators in dessen Nähe tunneln und eine ähnliche Lücke im topologischen Oberflächenzustand erzeugen.
Dies sind also zwei unterschiedliche Arten von Lücken in verschiedenen Bereichen der Bandstruktur, die sehr unterschiedliche Arten von Ordnung bedeuten.
Die topologischen Isolatoren vom BiSb-Typ sind auch durch Teilchenzahl-/Ladungserhaltungssymmetrie geschützt, die ein Supraleiter brechen würde. http://arxiv.org/abs/0901.2686
FraSchelle