Topological insulators (TIs) are renowned for their remarkable electronic properties: quantised bulk Hall and edge conductivities, and robust edge wave-packet propagation, even in the presence of material defects and disorder. Computations of these physical properties generally rely on artificial periodicity (the supercell approximation), or unphysical boundary conditions (artificial truncation). In this work, we build on recently developed methods for computing spectral properties of infinite-dimensional operators. We apply these techniques to develop efficient and accurate computational tools for computing the physical properties of TIs. These tools completely avoid such artificial restrictions and allow one to probe the spectral properties of the infinite-dimensional operator directly, even in the presence of material defects and disorder. Our methods permit computation of spectra, approximate eigenstates, spectral measures, spectral projections, transport properties, and conductances. Numerical examples are given for the Haldane model, and the techniques can be extended similarly to other TIs in two and three dimensions.


翻译:在这项工作中,我们以最近开发的计算无限操作员光谱特性的方法为基础,运用这些技术开发高效和准确的计算工具来计算TI的物理特性。这些工具完全避免了这种人为限制,并允许人们直接探测无限维操作员的光谱特性,即使存在物质缺陷和障碍。我们的方法允许对光谱、近球、光谱测量、光谱预测、运输特性和导演进行计算。为Haldane模型提供了数字学实例,这些技术可以在两个和三个方面与其他TIS相似。

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