Topologisk kvantmateria
Topologisk kvantmateria omfattar stora klasser av material där den elektroniska strukturen uppvisar en global icke-trivial topologi. Vi är intresserade av att förstå och beskriva de unika egenskaperna hos topologisk kvantmateria, inklusive topologiskt skyddade kanttillstånd, speciell bulktranport och effekter av en icke-trivial kvantmetrik.
Den definierande egenskapen hos topologisk kvantmateria är den globala icke-triviala topologin hos deras elektroniska struktur. Detta globala perspektiv på topologi skiljer sig fundamentalt från det traditionella sättet att klassificera materia, där lokala ordningsparametrar i stället är det centrala begreppet. I topologiska supraledare sammanfogas till och med dessa två synsätt naturligt, eftersom de både har en global icke-trivial topologi och en lokalt definierad (supraledande) ordning.
Icke-triviala topologi kvantifieras med hjälp av topologiska invarianter, såsom Chern- eller wridnings-tal. Finita topologiska invarianter ger upphov till olika karakteristiska transportfenomen, till exempel kvant-Hall-effekten som följer av ett ändligt Chern-tal. Mer generellt fångas de geometriska egenskaperna hos kvanttillstånd av den kvantgeometriska tensorn, vars reella del är ”amplitudavståndet” eller kvantmetriken, och vars imaginära del är ”fasförändringen” eller Berry-kurvaturen, som ger Chern-talet.
På grund av en bulk-yta-korrespondens uppvisar topologisk materia även skyddade yttillstånd. Dessa har ofta exotiska egenskaper, inklusive förlustfri yttransport i topologiska isolatorer eller Majoranafermioner i topologiska supraledare. Majoranafermionernas icke-abelska statistik gör dem lovande för framtida kvantdatorer.
Vi studerar ett brett spektrum av nya topologiska kvantmateriefaser, inklusive isolatorer, semimetaller och supraledare, samt designade system, såsom adatomstrukturer eller hybridstrukturer. Vi fokuserar både på bulkegenskaper och särskilt på att utnyttja de unika topologiska yttillstånden för nya funktionaliteter. Vi är även intresserade av effekter av finit kvantmetrik, inklusive generering av finit superfluidstyvhet i platta-bandssystem och beskrivning av lokaliseringsfenomen i icke-kristallina system. Andra intresseområden är Dirac- och Weyl-semimetaller samt konsekvenser av icke-trivial kvantgeometri i icke-hermitiska system.