Топологические изоляторы — это особый тип материала, который в объёме является диэлектриком (изолятором), а по поверхности проводит электрический ток. 6

От обычных изоляторов они отличаются своеобразной симметрией волновой функции электронов (топологических инвариантов). 2 Это приводит к тому, что на поверхности такого изолятора электроны могут существовать в особенных состояниях: 2

1. Спин этих электронов согласован с направлением их движения. 2
2. Они располагаются внутри запрещённой зоны изолятора, что делает возможной передачу электрического тока. 2
3. Эти электроны не могут рассеиваться на примесях, дефектах, неоднородностях поверхности и т.д. — говорят, что их движение «топологически защищено». 2

В результате топологический изолятор внутри своего объёма ведёт себя как обычный изолятор, однако его тонкий приповерхностный слой обладает очень высокой проводимостью. 2 Причём его невозможно разрушить загрязнением или повреждением структуры поверхности. 2