科技资讯写作大赛｜中科院金属所陈星秋Natl.Sci.Rev.:3D拓扑材料的开发：融合化学和物理的两步法计算筛选策略

材料人首届科技资讯写作大赛自5月13日发布征稿通知以来（参赛详情请戳我），受到读者们的广泛关注。受到读者们的广泛关注。感谢支持单位Taylor & Francis Group，科学出版社，MDPI，National Science Review，Chinese Science Bulletin，Science China Materials，Science China Chemistry ，Nano-Micro Letters对本次大赛的支持！为了给更多材料人提供充分展示的窗口，大赛投稿时间将延期至7月20日。本文由National Science Review编辑部投稿。

【引言】

晶形固态拓扑材料包括：拓扑绝缘体（TIs）、拓扑晶形绝缘体（TCIs）、拓扑狄拉克半金属（DSMs）、拓扑韦尔半金属（WSMs）、拓扑狄拉克或韦尔半金属（NLSMs）等等。它们都具有拓扑、受保护的重要表面状态等特征。因为拓扑材料在自旋电子学、量子计算机以及新物理等领域的应用前景巨大，近年来，研究人员对它们进行了大量而深入的研究。目前，具有特殊性质的拓扑材料的设计，还是严重依赖传统的试错法。

【成果简介】

近日，中科院金属研究所的陈星秋研究员介绍了一种两步法计算筛选拓扑材料的策略。目前报道的3D拓扑材料，具有两个重要的共性特征：一是电子轨道需全部填满电子；二是需要发生所谓的带反转。将这两个特征结合起来，就是一种计算材料科学中高通量计算筛选拓扑材料的方法。而第一步的筛选可以利用化学中的电负性来处理，第二步的筛选可以通过计算拓扑不变量来处理。这种两步法计算筛选拓扑材料的方法，以Perspective的形式，于5月12日发表在《国家科学评论》（National Science Review，NSR）上，题为“Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy”。

【图文导读】

图1 一种两步法计算筛选策略示意图

（a）根据元素周期表中元素的电负性和对带反转的分析，轨道全部填满电子示意图；

（b）结合拓扑状态，轨道全部填满电子示意图；

（c）利用电负性第一步计算筛选出来的TI（Bi₂Se₃族）和DSM（Na₃Bi族）示意图。

【小结】

在大数据、材料信息以及材料基因组计划的大框架下，拓扑材料的开发，包括开发一种高通量的计算原则，结合两步法计算筛选拓扑材料的方法来指导拓扑材料的设计。它的核心是阐明一种高通量、快速、准确的计算方法，透过拓扑材料实际情况的复杂性，提升拓材料筛选的准确性。

文献链接：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） 

本文由材料人编辑部高分子小组熊文杰提供，材料牛编辑整理。

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