العازل التوبولوجي
العازل التوبولوجي هو مادة عازلة في حجمها مع فجوة نطاق محظورة، لكنها تمتلك على السطح (أو الحواف) حالات موصلة محمية بلامتباينات توبولوجية. توصف الحالات الإلكترونية السطحية بمعادلة ديراك ثنائية البعد لجسيمات عديمة الكتلة ولها قانون تشتت خطي. الخاصية الأهم هي عدم الحساسية للاضطراب والشوائب طالما بقي التناظر بالنسبة لعكس الزمن (أو تناظر حامٍ آخر). تعني الحماية التوبولوجية أن الحالة لا يمكن تدميرها باضطرابات صغيرة دون إغلاق فجوة النطاق في الحجم.
التاريخ
في عام 2005 تنبأ العالمان تشارلز كين ويوجين ميلي نظريًا بأن الغرافين يمكن أن يكون عازلًا توبولوجيًا. لكن ضعف التأثير حال دون ذلك. في عام 2007، صنع لورنس مولينكامب وفريقه أول عازل توبولوجي حقيقي على أساس تيلوريد الزئبق. منذ ذلك الحين، اكتُشفت مواد كثيرة مماثلة.
كيف يعمل
السر في التوبولوجيا - فرع الرياضيات الذي يدرس الخصائص التي لا تتغير بالتشوهات المستمرة. الحالات الكمومية للإلكترونات في هذه البلورة 'منفتلة'، وهذا الانفتال محفوظ. لذا فالإلكترونات على السطح مضطرة للحركة في اتجاه محدد، دون تغيير مسارها حتى عند الاصطدام بعيوب البلورة. يشبه ذلك جريان النهر حول حجر دون توقف.
💡 إذا أضيفت طبقة من ناقل فائق على عازل توبولوجي، يمكن أن تنشأ على الحدود جسيمات خاصة - فرميونات ماجورانا، التي هي جسيمات مضادة لنفسها. تنبأ بوجودها الإيطالي إيتوري ماجورانا عام 1937.