科技資訊寫作大賽｜中科院金屬所陳星秋Natl.Sci.Rev.:3D拓撲材料的開發：融合化學和物理的兩步法計算篩選策略

材料人首屆科技資訊寫作大賽自5月13日發布征稿通知以來（參賽詳情請戳我），受到讀者們的廣泛關注。受到讀者們的廣泛關注。感謝支持單位Taylor?&?Francis?Group，科學出版社，MDPI，National Science Review，Chinese Science Bulletin，Science China Materials，Science China Chemistry ，Nano-Micro Letters對本次大賽的支持！為了給更多材料人提供充分展示的窗口，大賽投稿時間將延期至7月20日。本文由National Science Review編輯部投稿。

【引言】

晶形固態拓撲材料包括：拓撲絕緣體（TIs）、拓撲晶形絕緣體（TCIs）、拓撲狄拉克半金屬（DSMs）、拓撲韋爾半金屬（WSMs）、拓撲狄拉克或韋爾半金屬（NLSMs）等等。它們都具有拓撲、受保護的重要表面狀態等特征。因為拓撲材料在自旋電子學、量子計算機以及新物理等領域的應用前景巨大，近年來，研究人員對它們進行了大量而深入的研究。目前，具有特殊性質的拓撲材料的設計，還是嚴重依賴傳統的試錯法。

【成果簡介】

近日，中科院金屬研究所的陳星秋研究員介紹了一種兩步法計算篩選拓撲材料的策略。目前報道的3D拓撲材料，具有兩個重要的共性特征：一是電子軌道需全部填滿電子；二是需要發生所謂的帶反轉。將這兩個特征結合起來，就是一種計算材料科學中高通量計算篩選拓撲材料的方法。而第一步的篩選可以利用化學中的電負性來處理，第二步的篩選可以通過計算拓撲不變量來處理。這種兩步法計算篩選拓撲材料的方法，以Perspective的形式，于5月12日發表在《國家科學評論》（National Science Review，NSR）上，題為“Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy”。

【圖文導讀】

圖1?一種兩步法計算篩選策略示意圖

（a）根據元素周期表中元素的電負性和對帶反轉的分析，軌道全部填滿電子示意圖；

（b）結合拓撲狀態，軌道全部填滿電子示意圖；

（c）利用電負性第一步計算篩選出來的TI（Bi₂Se₃族）和DSM（Na₃Bi族）示意圖。

【小結】

在大數據、材料信息以及材料基因組計劃的大框架下，拓撲材料的開發，包括開發一種高通量的計算原則，結合兩步法計算篩選拓撲材料的方法來指導拓撲材料的設計。它的核心是闡明一種高通量、快速、準確的計算方法，透過拓撲材料實際情況的復雜性，提升拓材料篩選的準確性。

文獻鏈接：Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy（National Science Review, 2017, DOI:https://doi.org/10.1093/nsr/nwx053）?

本文由材料人編輯部高分子小組熊文杰提供，材料牛編輯整理。

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