Hogyan működnek nagy vonalakban a topológiai szupravezetők és topológiai szigetelők?

A topológiai szupravezetők és topológiai szigetelők speciális anyagok, amelyeket a topológiai tulajdonságaik tesznek különlegessé. Ezek az anyagok az ún. topológiai fázisokba tartoznak, amelyekben az elektronok viselkedése a kvantummechanika topológiai tulajdonságain alapul.

A topológiai szupravezetők olyan anyagok, amelyekben a szupravezetés jelensége és a topológiai tulajdonságok összefonódva jelennek meg. A szupravezetők olyan anyagok, amelyek alacsony hőmérsékleten teljes elektromos vezetőképességgel rendelkeznek, és a villamos ellenállás teljesen eltűnik bennük. A topológiai szupravezetőkben a szupravezető állapotot speciális topológiai invariánsok, mint például a topológiai számszerűségek határozzák meg, és ezek az invariánsok megvédik a szupravezető állapotot a rendszer kis zavaraitól és hibáitól.

A topológiai szigetelők olyan anyagok, amelyek a belső szerkezetük révén vezetőképesség nélküli állapotban maradnak, még a szélek és felületek mentén is. Ezekben az anyagokban a topológiai tulajdonságok hatására az elektronok csak a belső térfogatban mozognak és nem képesek szabadon áramolni a felületeken vagy a széleken. Ez a topológiai védelem megakadályozza az anyagban az energiaáramlást és a kisüléseket.

A topológiai szupravezetők és szigetelők között létezik egy kapcsolat, amelyet topológiai invariánsok, mint például a mögötti Berry fázis, kvantum Hall-effektus vagy topológiai számszerűségek határoznak meg. Az ilyen anyagok kutatása fontos a kvantuminformatikában, az energiahatékonyságban és az új típusú elektronikus eszközök tervezésében.