Nature：拓撲量子化學理論為預測新材料點亮明燈！

【前言】

自發現拓撲絕緣體和半金屬以來，對于這類材料本征的特性有著許多理論預測和實驗上的研究，這些材料電子態的拓撲結構導致了材料獨特的表面狀態以及電磁響應。但同時還存在這很多基本問題：在二十萬種化學計量化合物的材料數據庫中，拓撲絕緣體僅占據了其中的幾百個。如此低的數量是否就表示在自然界中僅存這些拓撲絕緣體，如果還有，那么基于現有的研究手段應當如何進一步發現它們。

【成果簡介】

北京時間2017年7月20日，普林斯頓大學B. Andrei Bernevig（通訊作者）等人于Nature在線發表了“Topological quantum chemistry”的研究論文。提出了一套完整的電子帶理論，基于電子的傳統能帶理論，重點提出拓撲學和局域化學鍵間的相互聯系，名為拓撲量子化學理論。該理論對材料的概念、所有可能的能帶結構的性質、可能有相互聯系的材料以及動量空間和實空間的圖解分析都進行了描述。對230種晶體空間群，由局域原子軌道引起的可能的能帶結構都進行了分類，并指出哪一種具有拓撲特性。該電子能帶理論將進一步揭示拓撲絕緣體，并可用于更多相關材料的預測。

【圖文導讀】

圖一、將理論應用在具自旋軌道耦合的石墨烯上

圖二、對于最新預測的材料能帶結構的分析

圖三、Bi¹-方形網絡結構中拓撲非特異性能帶結構

文獻鏈接：Topological quantum chemistry（Nature，2017，DOI:10.1038/nature23268）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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