Elementary models of three-dimensional topological insulators with chiral symmetry

物理 拓扑绝缘体 绕组编号 齐次空间 对称保护拓扑序 拓扑指数 拓扑(电路) 手征对称性 不变(物理) 拓扑序 格子(音乐) 联轴节(管道) T对称 对称(几何) 量子力学 理论物理学 量子 超导电性 组合数学 数学 几何学 色量子动力学 工程类 机械工程 数学分析 声学
作者
Donghao Liu,Polina Matveeva,D. B. Gutman,Sam T. Carr
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.035418
摘要

We construct a set of lattice models of noninteracting topological insulators with chiral symmetry in three dimensions. We build a model of the topological insulators in the class AIII by coupling lower dimensional models of $\mathbb{Z}$ classes. By coupling the two AIII models related by time-reversal symmetry we construct other chiral symmetric topological insulators that may also possess additional symmetries (the time-reversal and/or particle-hole). There are two different chiral symmetry operators for the coupled model that correspond to two distinct ways of defining the sublattices. The integer topological invariant (the winding number) in case of weak coupling can be either the sum or difference of indices of the basic building blocks, dependent on the preserved chiral symmetry operator. The value of the topological index in case of weak coupling is determined by the chiral symmetry only and does not depend on the presence of other symmetries. For $\mathbb{Z}$ topological classes AIII, DIII, and CI with chiral symmetry are topologically equivalent, it implies that a smooth transition between the classes can be achieved if it connects the topological sectors with the same winding number. We demonstrate this explicitly by proving that the gapless surface states remain robust in $\mathbb{Z}$ classes as long as the chiral symmetry is preserved, and the coupling does not close the gap in the bulk. By studying the surface states in ${\mathbb{Z}}_{2}$ topological classes, we show that class CII and AII are distinct, and cannot be adiabatically connected.

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