Topological field theory of time-reversal invariant insulators

拓扑绝缘体 物理中的拓扑熵 对称保护拓扑序 拓扑量子场论 物理 拓扑量子数 拓扑序 拓扑(电路) 拓扑简并 拓扑环 不变(物理) 理论物理学 量子力学 拓扑空间 量子 拓扑向量空间 数学 纯数学 组合数学
作者
Xiao‐Liang Qi,Taylor L. Hughes,Shou-Cheng Zhang
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:78 (19) 被引量:3343
标识
DOI:10.1103/physrevb.78.195424
摘要

We show that the fundamental time-reversal invariant (TRI) insulator exists in $4+1$ dimensions, where the effective-field theory is described by the $(4+1)$-dimensional Chern-Simons theory and the topological properties of the electronic structure are classified by the second Chern number. These topological properties are the natural generalizations of the time reversal-breaking quantum Hall insulator in $2+1$ dimensions. The TRI quantum spin Hall insulator in $2+1$ dimensions and the topological insulator in $3+1$ dimensions can be obtained as descendants from the fundamental TRI insulator in $4+1$ dimensions through a dimensional reduction procedure. The effective topological field theory and the ${Z}_{2}$ topological classification for the TRI insulators in $2+1$ and $3+1$ dimensions are naturally obtained from this procedure. All physically measurable topological response functions of the TRI insulators are completely described by the effective topological field theory. Our effective topological field theory predicts a number of measurable phenomena, the most striking of which is the topological magnetoelectric effect, where an electric field generates a topological contribution to the magnetization in the same direction, with a universal constant of proportionality quantized in odd multiples of the fine-structure constant $\ensuremath{\alpha}={e}^{2}∕\ensuremath{\hbar}c$. Finally, we present a general classification of all topological insulators in various dimensions and describe them in terms of a unified topological Chern-Simons field theory in phase space.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
jia完成签到 ,获得积分10
1秒前
ww完成签到,获得积分20
1秒前
路人发布了新的文献求助10
1秒前
3秒前
清河聂氏完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
5秒前
科研通AI2S的应助被路人采纳,获得10
6秒前
aliensas完成签到,获得积分10
8秒前
传奇3的应助被淡淡红茶采纳,获得10
8秒前
彭于晏的应助被淡淡红茶采纳,获得10
8秒前
FashionBoy的应助被淡淡红茶采纳,获得10
8秒前
8秒前
早日发文章完成签到,获得积分10
8秒前
科研通AI6.2的应助被淡淡红茶采纳,获得10
8秒前
青松果发布了新的文献求助10
8秒前
大模型的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
9秒前
bkagyin的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
snls完成签到,获得积分10
9秒前
Jasper的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
9秒前
搜集达人的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
深情安青的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
顾矜的应助被淡淡红茶采纳,获得10
9秒前
吴慧琼完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
lchen完成签到,获得积分10
11秒前
fangting发布了新的文献求助10
11秒前
jctyp完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
13秒前
茶兔完成签到 ,获得积分10
13秒前
果园发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
拼搏寒凝发布了新的文献求助10
14秒前
科研通AI6.2的应助被Iris采纳,获得10
15秒前
hjlab2026发布了新的文献求助10
15秒前
18秒前
19秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Research Methodology: Best Practices for Rigorous, Credible, and Impactful Research 1000
自動車の空力技術 800
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7782984
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9322402
关于积分的说明 20389209
捐赠科研通 7371584
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3320495
关于科研通互助平台的介绍 2468556
邀请新用户注册赠送积分活动 2336743