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中國科學家首次用新方法預測出大批具拓撲性質材料

來源:新華網 編輯: 夏彩云 更新時間: 2019-02-28 15:54

????記者從中國科學院物理研究所獲悉,由該所研究員組成的科研團隊及南京大學物理學院相關科研團隊,獨立發展出快速計算晶體材料拓撲性質的新方法,并用各自的方法在晶體材料庫中找到了數千種具有拓撲性質的新材料。這一成果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”。兩個獨立團隊的成果于北京時間2月28日由國際權威學術期刊《自然》在線發表。

????作為中科院物理所團隊的通訊作者之一,方辰研究員介紹,科學家們普遍認為拓撲量子材料將在超低功耗電子元件的研究和量子信息等領域起到重要基礎作用,如何尋找更多的新拓撲材料因此成為國際凝聚態物理領域的重要問題。在此之前,中科院物理所已在拓撲絕緣體、量子反常霍爾效應、外爾半金屬等方面做出了重要貢獻。

????據科研人員介紹,在實驗中直接測量拓撲性質是困難的,因此首先用計算的方法預測材料的拓撲性質,就成為尋找拓撲材料的重要一環。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,使得人們難以預測絕大部分材料的拓撲性質。”方辰解釋說。

????在這種情況下,中科院物理所團隊和南京大學物理學院團隊獨立研發出了通過計算材料能帶的對稱性數據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”,上面標注著它是否具有、以及具有哪些拓撲性質。

????記者了解到,兩個團隊用此新算法在完整的晶體材料庫內完成了地毯式搜索,在短短幾個月內預測出幾千種拓撲材料,這比前人在過去十年間找到的拓撲材料數目總和高出十幾倍。目前,兩個科研團隊將各自的結果以網上數據庫的形式呈現給國際學術界。

????大批拓撲量子材料在理論上的發現,改變了拓撲量子材料這一研究方向的研究范式,將給未來的實驗研究提供更多線索和機會。(王瑩)

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