拓扑绝缘体的神奇世界（1）

拓扑绝缘体是凝聚态物理近几年的热点。这些材料拥有奇异的物理效应，即表面导电但是内部绝缘。那究竟什么是拓扑绝缘体？为何它拥有这种奇异的特性？ 

我们所说的拓扑绝缘体在概念上与普通的绝缘体是对立的。但拓扑相变可以让普通绝缘体变成拓扑绝缘体，也可以让一个类型的拓扑绝缘体变成另一种类型的拓扑绝缘体。

什么是拓扑相变

一般来说，物质的相与物质的对称性有着密切的联系。普通的相变意味着对称性的改变。举个简单的例子，水有三种常见的相：冰，液态水，水蒸气。冰具有晶体结构，一般呈现六角晶格。这种六角晶格拥有空间平移对称性，因为晶格是周期性的，此外还有旋转加镜像对称性。冰晶体的空间群为P63cm，对应的12种对称性不变操作参见下图。