عایق‌های توپولوژیکی ۲۰۱۳
Topological Insulators 2013

عایق‌های توپولوژیکی، جلد ششم از مجموعه «مفاهیم معاصر در ماده چگال»، به تشریح انقلاب اخیر در فیزیک ماده چگال می‌پردازد که در درک ما از جامدات بلوری رخ داده است. این کتاب شرحی است از تلاش‌های انجام شده در سراسر جهان که منجر به این اکتشافات شد و یک دیدگاه جامع از این حوزه را در اختیار خواننده قرار می‌دهد.

از سال 2004، نظریه‌پردازان شروع به بررسی تأثیر توپولوژی بر فیزیک عایق‌های نواری کردند، حوزه‌ای که قبلاً تصور می‌شد به خوبی شناخته شده است. با این حال، گنجاندن توپولوژی، عناصر کلیدی جدیدی را وارد این حوزه قدیمی می‌کند. در حالی که تصور می‌شد تمام عایق‌های نواری اساساً معادل هستند، نظریه جدید، دو دسته متمایز از عایق‌های نواری را در دو بعد فضایی و 16 دسته را در سه بعد پیش‌بینی می‌کند. این عایق‌های «توپولوژیکی»، مجموعه‌ای از خواص فیزیکی غیرمعمول را از خود نشان می‌دهند، از جمله حالت‌های سطحی بدون گاف محافظت‌شده توپولوژیکی و پاسخ الکترومغناطیسی عجیب و غریب، که قبلاً تصور می‌شد در چنین سیستم‌هایی غیرممکن است.

در یک بازه زمانی کوتاه، این حالت جدید ماده کوانتومی، عایق‌های توپولوژیکی، به طور تجربی هم در ساختارهای لایه نازک 2 بعدی و هم در کریستال‌ها و آلیاژهای 3 بعدی کشف شده‌اند. به نظر می‌رسد که عایق‌های توپولوژیکی در طبیعت بسیار رایج هستند و ده‌ها ماده تایید شده وجود دارند که این رفتار را نشان می‌دهند. مطالعات نظری و تجربی روی این مواد با هدف دستیابی به درک اساسی و بهره‌برداری از آنها در کاربردهای عملی آینده در حال انجام است.

– قابل استفاده به عنوان کتاب درسی برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و به عنوان یک منبع مرجع برای متخصصان
– شامل جدیدترین اکتشافات و چشم‌اندازهایی برای کاربردهای تکنولوژیکی آینده
– تمام نویسندگان از چهره‌های برجسته در این زمینه هستند

Topological Insulators, volume six in the Contemporary Concepts of Condensed Matter Series, describes the recent revolution in condensed matter physics that occurred in our understanding of crystalline solids. The book chronicles the work done worldwide that led to these discoveries and provides the reader with a comprehensive overview of the field. Starting in 2004, theorists began to explore the effect of topology on the physics of band insulators, a field previously considered well understood. However, the inclusion of topology brings key new elements into this old field. Whereas it was thought that all band insulators are essentially equivalent, the new theory predicts two distinct classes of band insulators in two spatial dimensions and 16 classes in three dimensions. These “topological” insulators exhibit a host of unusual physical properties, including topologically protected gapless surface states and exotic electromagnetic response, previously thought impossible in such systems. Within a short time, this new state of quantum matter, topological insulators, has been discovered experimentally both in 2D thin film structures and in 3D crystals and alloys. It appears that topological insulators are quite common in nature, and there are dozens of confirmed substances that exhibit this behavior. Theoretical and experimental studies of these materials are ongoing with the goal of attaining the fundamental understanding and exploiting them in future practical applications. – Usable as a textbook for graduate students and as a reference resource for professionals – Includes the most recent discoveries and visions for future technological applications – All authors are prominent in the field