NSR观点 | 三维拓扑材料的开发：两步法计算筛选策略

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《国家科学评论》(National Science Review，NSR) 最近发表了由中科院金属研究所的陈星秋研究员撰写的Perspective“Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy”

(https://doi.org/10.1093/nsr/nwx053)，介绍了一种融合化学和物理学的两步法计算筛选拓扑材料的策略。

引言

晶格固体拓扑材料包括：拓扑绝缘体（TIs）、拓扑晶体绝缘体（TCIs）、拓扑狄拉克半金属（DSMs）、拓扑外尔半金属（WSMs）、拓扑狄拉克或外尔节线半金属（NLSMs）等等。它们都具有受拓扑保护的重要表面态等特征。因为拓扑材料在自旋电子学、量子计算机以及新物理等领域的应用前景巨大，近年来，研究人员对它们进行了大量而深入的研究。目前，具有特殊性质的拓扑材料的设计，还是严重依赖传统的试错法。

目前报道的三维拓扑材料，一般具有两个重要的共性特征：一是电子轨道需全部填满电子；二是需要发生所谓的能带反转。将这两个特征结合起来，就是一种计算材料科学中高通量计算筛选拓扑材料的方法。第一步的筛选利用化学中的电负性来处理；第二步的筛选通过计算拓扑不变量来处理。

图文介绍

图1 一种两步法计算筛选策略示意图

（a）根据元素周期表中元素的电负性和对带反转的分析，轨道全部填满电子示意图；

（b）结合拓扑状态，轨道全部填满电子示意图；

（c）利用电负性第一步计算筛选出来的TI（Bi2Se3族）和DSM（Na3Bi族）示意图。

小结

在大数据、材料信息以及材料基因组计划的大框架下，拓扑材料的开发，包括开发一种高通量的计算原则，结合两步法计算筛选拓扑材料的方法来指导拓扑材料的设计。它的核心是阐明一种高通量、快速、准确的计算方法，透过拓扑材料实际情况的复杂性，提升拓材料筛选的准确性。

文章信息：

Xing-Qiu Chen

Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy. Natl Sci Rev (2017). DOI: 10.1093/nsr/nwx053

https://doi.org/10.1093/nsr/nwx053

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