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搜索拓扑材料领域实现新突破:科学家建立拓扑材料基因库
2019-03-05 09:39:56来源:元素商城

近日从中国科学院物理研究所获悉,由该所研究员组成的科研团队及南京大学物理学院相关科研团队,独立发展出快速计算晶体材料拓扑性质的新方法,并用各自的方法在晶体材料库中找到了数千种具有拓扑性质的新材料。这一成果改变了拓扑量子材料这一研究方向的研究范式,将该方向的重点从“寻找新材料”推进到“研究新材料”。

 拓扑材料基因库.jpg

拓扑量子态成研究热点

近年来,拓扑量子态是物理学和材料科学领域的前沿热点。2016年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家,以表彰他们发现物质拓扑相以及在拓扑相变方面作出的理论贡献。随着新的拓扑相出现,人们发现,拓扑材料具有常规材料没有的奇特物性,在电子、信息和半导体技术等方面有很大潜力。

 

据悉,目前科学家主要通过计算拓扑不变量寻找各种拓扑相,这种方法效率较低,所以已知的拓扑材料数目十分有限。因而,发展新的理论方法,高效寻找理想的、有实用价值的拓扑材料体系有着重要的科学价值和广阔的应用前景。万贤纲教授团队埋首钻研,终于在搜索拓扑材料这个领域实现突破:基于对称指标理论,发展了一套新的高效寻找拓扑材料的理论方法。

 

建立拓扑材料基因库

据论文第一作者、南京大学物理学院博士研究生唐峰介绍,拓扑材料通常具有常规材料没有的奇特性质,以拓扑绝缘体为例,其表面导电,内部却绝缘,在电子、信息和半导体等领域具有广阔的应用空间。

 

但对于这类奇特的拓扑材料,科学家主要通过数学计算来寻找,这种方法效率较低,已知的拓扑材料数量也十分有限。“因此我们需要发展一套新的理论方法,用来高效寻找理想的、有实用价值的拓扑材料。”唐峰说。

 

万贤纲教授团队运用对称指标理论实现了这个目的,研究人员梳理了所有非磁材料,根据其是否拓扑进行分类,发现近50%的材料具有拓扑状态,进而将范围缩小到10897种拓扑材料,并挑选出近千个可能有实际应用价值的潜在目标。万贤纲教授表示,团队已将相关数据放在南京大学网站上共享,供全球研究者参考。


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