中國科學(xué)家首次用新方法預(yù)測出大批拓?fù)洳牧?/h1>
2020-03-02 16:06:52
技術(shù)與市場 2020年5期
從中國科學(xué)院物理研究所獲悉，該所一組科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種快速計(jì)算晶體材料的拓?fù)湫再|(zhì)的新方法，并用此方法在近4萬種材料中發(fā)現(xiàn)了8千余種拓?fù)洳牧希畮妆队谶^去十幾年間人們找到的拓?fù)洳牧系目偤停?jù)此建立了拓?fù)潆娮硬牧系脑诰€數(shù)據(jù)庫。這一成果意義重大。它改變了拓?fù)淞孔硬牧线@一研究方向的研究范式，將該方向的重點(diǎn)從“尋找新材料”推進(jìn)到“研究新材料”。
拓?fù)淞孔硬牧媳徽J(rèn)為將在超低功耗電子元件的研究和量子信息等領(lǐng)域起到重要基礎(chǔ)作用。因此，如何尋找更多的新拓?fù)洳牧弦惨虼顺蔀榱藝H凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要問題。此前，物理所已進(jìn)行了一系列探索，并在拓?fù)浣^緣體、量子反常霍爾效應(yīng)、外爾半金屬等方面做出了重要貢獻(xiàn)。
團(tuán)隊(duì)的通信作者之一、中科院物理所的方辰研究員介紹，在實(shí)驗(yàn)中直接測量拓?fù)湫再|(zhì)是困難的，因此首先用計(jì)算的方法預(yù)測材料的拓?fù)湫再|(zhì)，就成為了尋找拓?fù)洳牧系闹匾囊画h(huán)。然而，在過去的研究中，由于不變量的表達(dá)式十分繁難，這一計(jì)算往往需要深耕于該領(lǐng)域的專家耗費(fèi)大量時(shí)間精力才能完成。“手動(dòng)搜索”的局限性，使人們難以預(yù)測絕大部分材料的拓?fù)湫再|(zhì)。
物理所團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了通過計(jì)算材料能帶的對(duì)稱性數(shù)據(jù)從而自動(dòng)獲得其拓?fù)洳蛔兞康囊惶淄暾摹⒖焖俚摹⒖梢匀詣?dòng)運(yùn)行的計(jì)算流程。在經(jīng)過該流程之后，任何一種非磁性晶體材料都將獲得一個(gè)“拓?fù)錁?biāo)簽”，寫著它是否具有，以及具有哪些拓?fù)湫再|(zhì)。
大批拓?fù)淞孔硬牧显诶碚撋系陌l(fā)現(xiàn)，改變了拓?fù)淞孔硬牧线@一研究方向的研究范式，并給未來的實(shí)驗(yàn)研究提供了很多線索和機(jī)會(huì)。
物理所成果由該所方辰研究員、翁紅明研究員、方忠研究員等人與中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心聯(lián)合完成。其中一個(gè)小組是來自美國的普林斯頓大學(xué)、西班牙巴斯克大學(xué)和德國馬克斯-普朗克研究所的科學(xué)家，另一小組是來自南京大學(xué)和美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家。他們兩個(gè)小組的工作內(nèi)容，同樣是通過計(jì)算能帶高對(duì)稱點(diǎn)的對(duì)稱性數(shù)據(jù)從而得到材料的拓?fù)湫再|(zhì)，方法和物理所研究小組采用的方法一致，三個(gè)研究組得到的結(jié)果也彼此相洽、相互印證。
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拓?fù)淞孔硬牧媳徽J(rèn)為將在超低功耗電子元件的研究和量子信息等領(lǐng)域起到重要基礎(chǔ)作用。因此，如何尋找更多的新拓?fù)洳牧弦惨虼顺蔀榱藝H凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要問題。此前，物理所已進(jìn)行了一系列探索，并在拓?fù)浣^緣體、量子反常霍爾效應(yīng)、外爾半金屬等方面做出了重要貢獻(xiàn)。
團(tuán)隊(duì)的通信作者之一、中科院物理所的方辰研究員介紹，在實(shí)驗(yàn)中直接測量拓?fù)湫再|(zhì)是困難的，因此首先用計(jì)算的方法預(yù)測材料的拓?fù)湫再|(zhì)，就成為了尋找拓?fù)洳牧系闹匾囊画h(huán)。然而，在過去的研究中，由于不變量的表達(dá)式十分繁難，這一計(jì)算往往需要深耕于該領(lǐng)域的專家耗費(fèi)大量時(shí)間精力才能完成。“手動(dòng)搜索”的局限性，使人們難以預(yù)測絕大部分材料的拓?fù)湫再|(zhì)。
物理所團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了通過計(jì)算材料能帶的對(duì)稱性數(shù)據(jù)從而自動(dòng)獲得其拓?fù)洳蛔兞康囊惶淄暾摹⒖焖俚摹⒖梢匀詣?dòng)運(yùn)行的計(jì)算流程。在經(jīng)過該流程之后，任何一種非磁性晶體材料都將獲得一個(gè)“拓?fù)錁?biāo)簽”，寫著它是否具有，以及具有哪些拓?fù)湫再|(zhì)。
大批拓?fù)淞孔硬牧显诶碚撋系陌l(fā)現(xiàn)，改變了拓?fù)淞孔硬牧线@一研究方向的研究范式，并給未來的實(shí)驗(yàn)研究提供了很多線索和機(jī)會(huì)。
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