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高通量研讨使拓扑学更具“磁性”

研讨人员可以使用完好的带拓扑理论对非磁性晶体的电子结构进行分类。但是,磁性资料的相似分类规律仍然是一个谜,因而,现在发现的磁性拓扑资料数量十分有限。

《天然》杂志当地时间10月28日发文称,一个世界研讨团队初次对磁性拓扑资料进行了高通量研讨,并由此发现了100多种新的磁性拓扑绝缘体和半金属。团队研讨人员来自德国马克斯普朗克微观结构物理学研讨所、固体化学物理学研讨所、西班牙巴斯克大学、多诺斯蒂亚世界物理学中心、法国科学研讨中心和美国普林斯顿大学。

由于磁性晶体的杂乱对称性以及量子磁体建模、丈量的实践困难,候选次拓扑资料相对匮乏。首要,尽管科学家可以在已树立的晶体结构数据库中对很多已知化合物进行挑选,但实践可用的磁性结构不过数百种。其次,非磁性结构只被划分为230个空间群,而磁性资料的空间群多达1421个。普林斯顿大学物理学教授B. Andrei Bernevig弥补道:“除此之外,在全部的磁性体系中,咱们还必须考虑电子-电子相互作用的影响。这使得磁拓扑资料的猜测使命变得愈加困难。”

现在,研讨团队的新发现推进磁性拓扑资料研讨向前迈出了一大步。巴斯克大学教授Luis Elcoro说:“咱们对非磁性资料的带结构有了更完好的了解。在拓扑量子化学理论中,咱们将资料的拓扑特征与潜在化学性质联系起来,使非磁性拓扑资料的研讨能以自动化办法进行。TQC代表了猜测、表征全部或许的带结构晶体化学计量资料的通用结构。”普林斯顿大学与麻省理工学院博士后研讨员Benjamin Wieder说:“要在磁性资料研讨中获得相似成果,就需求树立一种等同于TQC的理论。但是,由于有超越1000种磁对称群需求加以考虑,仅凭‘蛮力’解决问题或许会很扎手。”

走运的是,团队成员发现了战胜难关的办法——他们将来自磁结构数据库服务器的初始数据输入理论模型。在确认了潜在候选者之后,研讨人员对549种磁结构进行了剖析,确认了电子波函数的磁对称性,然后对TQC进行“磁性扩展”,确认了哪些磁结构承载着特殊的电子带拓扑。终究,研讨人员确认了其间130多种磁性拓扑资料。下一步,他们方案经过试验对资料的拓扑特性逐个进行验证。

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