記者從中國科學院物理研究所獲悉，該所一組科研團隊開發(fā)出一種快速計算晶體材料的拓撲性質(zhì)的新方法，并用此方法在近4萬種材料中發(fā)現(xiàn)了8千余種拓撲材料，十幾倍于過去十幾年間人們找到的拓撲材料的總和，并據(jù)此建立了拓撲電子材料的在線數(shù)據(jù)庫。成果于北京時間28日由國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

這一成果意義重大。它改變了拓撲量子材料這一研究方向的研究范式，將該方向的重點從“尋找新材料”推進到“研究新材料”。

拓撲量子材料被認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撲材料也因此成為了國際凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要問題。此前，物理所已進行了一系列探索，并在拓撲絕緣體、量子反常霍爾效應(yīng)、外爾半金屬等方面做出了重要貢獻。

團隊的通訊作者之一、中科院物理所的方辰研究員介紹，在實驗中直接測量拓撲性質(zhì)是困難的，因此首先用計算的方法預(yù)測材料的拓撲性質(zhì)，就成為了尋找拓撲材料的重要的一環(huán)。然而，在過去的研究中，由于不變量的表達式十分繁難，這一計算往往需要深耕于該領(lǐng)域的專家耗費大量時間精力才能完成。“手動搜索”的局限性，使得人們難以預(yù)測絕大部分材料的拓撲性質(zhì)。

物理所團隊開發(fā)出了通過計算材料能帶的對稱性數(shù)據(jù)從而自動獲得其拓撲不變量的一套完整的、快速的、可以全自動運行的計算流程。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“拓撲標簽”，寫著它是否具有，以及具有哪些拓撲性質(zhì)。

大批拓撲量子材料在理論上的發(fā)現(xiàn)，改變了拓撲量子材料這一研究方向的研究范式，并給未來的實驗研究提供了很多線索和機會。

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院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心聯(lián)合完成。

所謂“英雄所見略同”，另有兩個研究小組，也于同一天同一刊物上發(fā)表了他們的獨立研究成果。其中一個小組是來自美國的普林斯頓大學、西班牙巴斯克大學和德國馬克斯-普朗克研究所的科學家，另一小組是來自南京大學和美國哈佛大學的科學家。他們兩個小組的工作內(nèi)容，同樣是通過計算能帶高對稱點的對稱性數(shù)據(jù)從而得到材料的拓撲性質(zhì)，方法和物理所研究小組采用的方法一致，三個研究組得到的結(jié)果也彼此相洽、相互印證。(趙竹青)

關(guān)鍵詞： 科學家 首次 拓補材料