激光、芯片和量子电路都可以从这种模糊的现象中受益
自2007年拓扑绝缘体首次问世以来，这种内部绝缘、外部导电的新型材料激发了研究人员对其在电子领域的潜力的兴趣。然而，一种相关但更模糊的材料——拓扑光子，可能会首先达到实际应用。
拓扑学是数学的一个分支，研究形状的哪些方面能承受变形。例如，一个形状像环的物体可以变形成杯子形状，环上的孔形成了杯子柄上的孔，但是不能变形成没有孔的形状。
利用拓扑学知识，研究人员开发了拓扑绝缘体。沿这些材料的边缘或表面移动的电子能强烈地抵抗任何可能阻碍它们流动的干扰，就像变形环上的空穴能抵抗任何变化一样。
最近，科学家们设计了一种光子拓扑绝缘体，在这种绝缘体中，光具有类似的“拓扑保护”。“这些材料在结构上有规律的变化，使得特定波长的光沿着它们的表面流动，而不会散射或损失，甚至在角落和缺陷周围。”
拓扑光子学的三个有前途的潜在用途：
扫描电子显微镜图像中显示的电子驱动拓扑激光以太赫兹频率工作。
拓扑激光在这些新材料的第一个实际应用中可能是包含拓扑保护激光。例如，南加州大学的Mercedeh Khajavikhan和她的同事们开发了拓扑激光器，这种激光器比传统设备更有效，而且被证明更能抵抗缺陷。
第一个拓扑激光器每一个都需要一个外部激光来激发它们工作，但限制了实际应用。然而，新加坡和英国的科学家最近开发了一种电力驱动的拓扑激光器。
研究人员首先将砷化镓和砷化铝层夹在一起制成晶圆。当带电时，晶圆片发出明亮的光。
科学家们在晶圆片上钻了一个晶格孔。每个孔就像一个等边三角形，四角被削掉了。格子周围是形状相同的洞，方向相反。
晶圆片上受拓扑保护的光沿着不同孔组之间的界面流动，并以激光束的形式从附近通道中出现。新加坡南洋理工大学的电气和光学工程师王奇杰介绍，该设备被证明具有很强的抗缺陷能力。
激光工作在太赫兹频率，这对成像和安检是有用的。Khajavikhan和她的同事们现在正在开发一种可以在近红外波段工作的激光雷达，可能用于电信、成像和激光雷达。
扫描电子显微镜(SEM)图像显示了宾夕法尼亚大学开发的一种光子拓扑绝缘体。
通过使用光子而不是电子，光子芯片有望比传统电子设备更快地处理数据，这可能支持5G甚至6G网络的高容量数据路由。光子拓扑绝缘子在光子芯片中具有特殊的应用价值，可以引导光绕过缺陷。
然而，拓扑保护只在材料的外部起作用，这意味着光子拓扑绝缘体的内部有效地浪费了空间，极大地限制了这种设备的紧凑程度。
为了解决这个问题，宾夕法尼亚大学的光学工程师梁峰和他的同事们开发了一种具有边缘的光子拓扑绝缘体，他们可以对其进行重新配置，这样整个设备就可以传输数据。他们制造了一个250微米宽的光子芯片，并在上面蚀刻了椭圆环。通过外部激光泵入芯片，他们可以改变单个光圈的光学特性，这样“我们就可以把光送到芯片中我们想要的任何地方，”冯介绍到。——从任何输入端口到任何输出端口，甚至是一次多个输出端口。
总而言之，该芯片承载的端口数是目前最先进的光子路由器和交换机的数百倍。研究人员现在正在开发一种集成的方式来完成这项任务，而不是要求用芯片外的激光来重新配置芯片。
这幅艺术家的渲染图显示了受地形保护的光子在硅波导中移动。
在理论上基于量子位元的量子计算机是非常强大的。但是基于超导电路和捕获离子的量子位很容易受到电磁干扰，因此很难扩展到有用的机器上。但基于光子的量子位元可以避免这类问题。
量子计算机只有在它们的量子位元被“纠缠”，或连接在一起作为一个量子位元时才能工作。纠缠态是非常脆弱的，研究人员希望拓扑保护可以保护光子量子位元不受散射和当光子遇到不可避免的制造错误时可能发生的其他干扰。
光子科学家Andrea Blanco-Redondo现在是诺基亚贝尔实验室硅光子学的负责人，她和她的同事们制作了硅纳米线的格子，每条宽450纳米，并将它们平行排列。晶格中的纳米线偶尔会被两道粗缝与其它纳米线隔开。这在晶格中产生了两种不同的拓扑结构，而沿着这些拓扑结构边界向下移动的纠缠光子在拓扑结构上得到了保护，即使研究人员在晶格上添加了缺陷。希望这种拓扑保护可以帮助基于光的量子计算机解决远远超出主流计算机能力的问题。
利用拓扑光子学创造激光束，性能出乎意料的优秀
光纤激光器是最为广泛应用的一种激光器。根据预测，全球光纤激光器的销售额将由 2017年的 15.90 亿美元增加到 2020 年的 25.00 亿美元，年复合增长率为 16.28%。随着激光器的急速发展，相应的，各国在激光技术上的研究也从未停止过。
在最新的研究中，以色列海法Technion研究所的Mordechai Segev及其团队基于拓扑光子学创造了一个激光束，且其中的光波是同相的。这就意味着该技术的能量损耗将会更低，即激光发射效率更高。
实验中，研究团队将一系列圆形通道蚀刻到半导体材料芯片的表面，并从芯片上方将红外光投射到该结构上，这些圆形通道精确捕获特定波长的光波，然后使光波从一个环路移动到下一个环路，以形成光子系统。
但是在光子系统中，波传播的方向是可逆的，这样会导致能量损耗。去年，在加利福尼亚大学BoubacarKanté的研究中，他采用磁场来限制波的传播来解决这个问题；与之不同的是，此次Segev采用的是，圆形通道的不对称设计，该设计本身就会优先筛选波的一个方向的传播，这样不但避免了能量损耗的问题，还使得循环光脉冲被增强或放大。
两种方法有着本质的区别，虽然BoubacarKanté的方法形成了激光束，但是利用磁场对其进行限制或多或少对激光束的发射能量进行了削弱，而Segev的改进则要巧妙得多。
对此，Segev说道：“这要得益于拓扑保护，该系统完美的告诉我们不完美的恰恰是最稳定的。”
“大多数物理学家怀疑拓扑光子学会和激光产生兼容，从而导致发射不了激光，但事实上，这些系统通常比我们现有的系统更容易工作。”
什么是拓扑绝缘体简介拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”.这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。福种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料的体电子态的拓扑结构所决定，是由对称性所决定的，与表面的具体结构无关。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，它的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。性质 其体电子态为绝缘态，但是在其表面却有自旋相关的导电通道，这意味着拓扑绝缘体在自旋电子学有潜在的应用前景。另外，在一个超导体附近的拓扑绝缘体可以产生满足非阿贝尔（非对易）统计的激子——马拉约那费米子。由于非阿贝尔粒子的拓扑性质受对称性保护，不会由于微小扰动而使量子态退相干，从而导致导致计算错误，这使得拓扑绝缘体可以用于量子计算。 优点 拓扑绝缘体材料有着独特的优点：首先，这类材料是纯的化学相，非常稳定且容易合成；第二，这类材料表面态中只有一个狄拉克点存在，是最简单的强拓扑绝缘体，这种简单性为理论模型的研究提供了很好的平台；第三，也是非常吸引人的一点，该材料的体能隙是非常大的，特别是Bi2Se3，大约是0.3电子伏（等价于3600K），远远超出室温能量尺度，这也意味着有可能实现室温低能耗的自旋电子器件。这些重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜力。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料，成为人们目前关注的重要焦点和难点。祝您快乐每一天！(*^__^*) 嘻嘻……！
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用通俗的话说说什么是拓扑绝缘体？
拓扑绝缘体是一种特殊的绝缘体，它的内部和普通的绝缘体一样，不导电，但是在表面，存在着电子跃迁到导带，使表面导电。内部不导电，外部导电。
拓扑绝缘体的介绍
按照导电性质的不同，材料可分为“导体”和“绝缘体”两大类；而更进一步，根据电子态的拓扑性质的不同，“绝缘体”和“导体”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。因而，拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样，是绝缘的，但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性（比如时间反演对称性）的前提下是稳定存在的，而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的，所以信息的传递可以通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷来传递。
拓扑绝缘体的研究现状
拓扑绝缘体研究现状：第一代， HgTe量子井第二代， BiSb 合金第三代， Bi2Se3， Sb2Te3， Bi2Te3 等化合物从理论上说，拓扑绝缘体是由电荷的U(1)对称性以及时间反演对称性共同保护的拓扑态。只要U(1)对称性和时间反演对称性同时存在，拓扑绝缘体的边缘态就一定是非平庸的，并且，这样的边缘态绝对不能在有同样对称性的低维度系统中实现。在理论上人们已经意识到，其他的对称性同样可以保护类似的拓扑绝缘体（或者拓扑超导体，取决于对称性中是否包括电荷的U(1)对称性）。并且，从2009年以来，人们已经对没有相互作用的费米子系统的所有拓扑绝缘体或者拓扑超导体进行了成功分类。2011年以来，拓扑绝缘体的概念已经被拓展成为一个更为宽泛的概念：symmetry protected topological states. 目前，凝聚态理论物理学界已经对各个维度的玻色子系统中的symmery protected topological states进行了较为完整的分类。但是对于所有维度的有强相互作用的费米子系统中symmetry protected topological states的分类还没有最后完成。从现象上说，拓扑绝缘体有其他绝缘体所不具备的特殊性质。比如，根据理论预测，三维拓扑绝缘体与超导体的界面上的vortex core中将会形成零能majorana 费米子，这一特点有可能实现拓扑量子计算。
拓扑绝缘体kane和zhang谁的贡献大
扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文
学习拓扑绝缘体需要先学好那些科目？
dirac equation
berry phase
sec顶nd quantization
gauge
et al
哪位大牛进来科普一下拓扑绝缘体吧
照电子态结构的不同，传统意义上的材料被分为“金属”和“绝缘体”两大类。而拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完成不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”。这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。这种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，【拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料的体电子态的拓扑结构所决定，是由对称性所决定的，与表面的具体结构无关】。也正是因为该表面金属态的出现是有对称性所决定的，他的存在非常稳定，基本不受到杂质与无序的影响。除此之外，【拓扑绝缘体的基本性质是由“量子力学”和“相对论”共同作用的结果，由于自旋轨道耦合耦合作用，在表面上会产生由时间反演对称性保护的无能隙的自旋分辨的表面电子态】。这种表面态形成一种无有效质量的二维电子气（与有效质量近似下的二维电子气完全不同：例如广泛使用的场效应晶体管中的二维电子气），它需要用狄拉克方程描述，而不能用薛定谔方程。正是由于这些迷人的重要特征保证了拓扑绝缘体将有可能在未来的电子技术发展中获得重要的应用，有着巨大的应用潜在。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料成为了人们目前关注的重要焦点和难点。
拓扑绝缘体波函数奇偶性怎么确定
扑绝缘体是一种新的量子态，它的体态存在一个能隙，表现出普通绝缘体的特征；但是在表面上存在贯穿能隙的狄拉克色散形式的表面态，表现出金属的特征。在本论文中，作者主要讨论三种拓扑绝缘体材料及其与之相关的一些新奇量子现象。 首先，详细讨论了PbTe，Bi2Se3，β-Ag2Te这三种拓扑绝缘体材料。证实了在一定厚度的PbTe薄膜中可以实现量子自旋霍尔效应，通过第一性原理计算和模型分析，本文还发现PbTe薄膜的拓扑性质会随着薄膜厚度的变化在平庸和非平庸间振荡。Bi2Se3系列材料是新发现的强拓扑绝缘体，它在T点具有一个狄拉克色散形式的表面态，本文...
拓扑绝缘体的发现者可能获诺贝尔奖吗？
什么情况
目前物理领域最前沿都在研究什么
凝聚态
一般来说主流的，占据物理学家中大多数的，都是属于凝聚态，研究内容主要但不限于固体材料，我所听闻比较多的研究是拓扑绝缘体 超导 量子霍尔效应 graphen 量子器件 半导体 纳米材料 等 这几年特别热门的应该是graphen和拓扑绝缘体。
高能物理
粒子物理之类的都应该归在这个方向吧
弦论什么的。
国内做高能物理理论的以做粒子物理唯象的比较多，就是不太研究引力，主要研究强弱电磁这三种相互作用，和对撞机实验结合。
不过杨老唱衰高能物理，因为现在的观测都符合理论，没有什么新东西了
量子信息
研究量子加密量子计算量子通讯等
此外因为要在材料上实现量子计算机，所以和凝聚态也有交叉。比如量子器件做量子计算机应该也可以算这个方向 又算凝聚态方向。
还有天体物理等等不太了解的方向
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