非磁性拓撲材料目錄完成

[本刊訊]據(jù)Nature報道，三個獨立的研究團隊——中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心等研究團隊、普林斯頓大學等研究團隊、南京大學和哈佛大學等研究團隊，完成了對“國際晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫”（International Crystal Structure Database）中所有（>26 000種）非磁性晶體化合物的拓撲分類，相關成果于2019年2月27日同時發(fā)表在Nature上。

拓撲學研究連續(xù)形變下的不變性。預測、尋找新拓撲不變量以及具備這些拓撲不變量的材料，成為過去十多年凝聚態(tài)物理的焦點。通過直接計算拓撲不變量來判斷一個體系的拓撲性質(zhì)，由于拓撲不變量的繁雜而具有局限性。2017年普林斯頓大學研究團隊提出的“拓撲量子化學”和哈佛大學研究團隊提出的“對稱性指標理論”表明，能帶系統(tǒng)的拓撲不變量的信息蘊含于高對稱動量點的價帶電子波函數(shù)的對稱性之中，而此對稱性數(shù)據(jù)可以由全自動的方法計算得到。

2018年初，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心等研究團隊設計出了自動計算材料拓撲性質(zhì)的全流程，掃描了約40 000種無機晶體材料，發(fā)現(xiàn)其中約8000種是拓撲材料，并與中科院計算機網(wǎng)絡信息中心合作，將所有信息做成了可搜索的、有交互界面的數(shù)據(jù)庫。這是世界上首個包含了完整拓撲性質(zhì)的材料數(shù)據(jù)庫，于2018年7月23日開放。基于類似的方法，普林斯頓大學等研究團隊計算了26 938種材料的所有對稱性的所有特征，找到3307種拓撲絕緣體、4078種拓撲半金屬，并提供開源代碼供其他研究人員重現(xiàn)結(jié)果;南京大學和哈佛大學等研究團隊計算預言了10 897種拓撲材料的晶體結(jié)構(gòu)信息及電子能帶，并挑選了近一千種費米面比較干凈或者能帶交點離費米面較近的體系，并制作在線數(shù)據(jù)庫共研究人員查詢。