Что собой представляют топологические материалы? Чем отличаются от обычных?

Топологические материалы представляют собой класс физических материалов, которые обладают особым типом упорядочения своих электронных состояний. Они отличаются от обычных материалов своими нетривиальными топологическими свойствами, которые проявляются на макроскопических масштабах.

В обычных материалах электронные состояния могут быть описаны классической теорией Блоха, которая основывается на гладкой волновой функции. Однако в топологических материалах электроны описываются топологической теорией Блоха, которая учитывает особенности упорядочения и связанные с ними нетривиальные топологические инварианты.

Одно из самых интересных свойств топологических материалов - это наличие поверхностных состояний или краевых состояний. В обычных материалах электроны на границе с другим материалом могут испытывать рассеяние и терять свою энергию. В топологических материалах существуют краевые состояния, которые защищены от рассеяния и обладают особой устойчивостью. Это делает такие материалы потенциально полезными для разработки эффективных и стабильных устройств в электронике и фотонике, а также для создания квантовых компьютеров и точечных устройств в будущем.

Например, одним из известных топологических материалов является графен. Он обладает двумерной структурой и краевыми состояниями, которые проявляют уникальные свойства, такие как долгое время релаксации электронов и высокую подвижность. Это делает графен перспективным материалом для использования в электронике и фотонике.

Таким образом, топологические материалы отличаются от обычных тем, что они обладают нетривиальными топологическими инвариантами, обусловленными особым упорядочением и структурой их электронных состояний. Это открывает новые перспективы для разработки устойчивых и высокопроизводительных устройств и технологий.