Kanttilstandene

Kanttilstandene er elektroniske tilstander som er lokaliserte nær grenseflatene i visse kvante­systemer og som kan strømme langs kanten av materialet. De ligger i bulkens energibåndgap og er i stor grad bestemt av systemets topologiske egenskaper snarere enn av lokale detaljer ved grensen. Dette gir dem robusthet mot disorder og uregelmessigheter, noe som kan forklare en del av den kvantitative transporten langs kanter i disse materialene. Ideen om kanttilstander er sentral i bulk–kant-korrespondanse, som kobler de topologiske egenskapene til kantens adferd.

Kanttilstandene forekommer i flere systemer. I to-dimensjonale elektroniske gasser under sterke magnetfelt gir det integer kvante Hall-effekten slike kanalmålt kantstatene som leder langs kanten. I materialer som grafen og i topologiske isolatorer med tidsreversbeskyttelse opptar kanttilstandene en sentral rolle, der de kan være enten chiral (unikretretet bevegelse i en retning) eller helical (par av motrettede tilstander med motsatte spinretninger). Kanttilstandene finnes inne i bulkens energibåndgap og har dispersjon som forbinder valens- og ledningsbåndet ved grensen.

Teoretisk beskrives kanttilstandene ofte som effektive 1D-kanaler langs kanten, avledet fra bulkens Hamiltonian. Bulk–kant-korrespondanse knytter antallet eller egenskapene til kanttilstandene til topologiske invariants som Chern-numberen i kvante Hall-systemer og Z2-invariante i tids-revers-invariante topologiske isolatorer. Eksperimentelt observeres de gjennom kvantiserte ledningstall, karakteristisk ikke-lokal transport og lokaliseringsmønstre ved kanten.

Kanttilstandene er et viktig begrep i studiet av topologiske faser av materie og har potensielle anvendelser innen lavenergi elektronikk og spintronikk. Se også topologiske isolatorer, kvante Hall-effekten, bulk–kant-korrespondanse, Chern-number og Z2-invariant.