N a t u r e 發表南京大學教授拓撲研究新成果: 找尋拓...

2019-03-09 | 【原文鏈接】
找尋拓撲材料有了新方法

發布時間:[2019-03-06] 作者:[孟婧] 來源:[江蘇科技報] 字體大小:[ 小 中 大 ]

日,N a t u r e 主刊上線了來自南京大學物理學院萬賢綱教授團隊和哈佛大學合作者的最新理論研究進展。此前該團隊研究出一種可從上萬種材料中通過算法進行自動搜尋拓撲絕緣材料的高效理論方法,運用此種方法成功預測了上千種可能的新型拓撲絕緣材料。

在接受記者采訪時,萬賢綱表示,拓撲原本是標準數學里的概念,拓撲概念進入物理學領域源于1 9 8 0 年科研人員對量子霍爾效應的發現以及對這一新奇物理現象的理解。此后物理體系中的拓撲性質受到極大關注。隨著研究的深入,人們發現拓撲物理并不局限于二維,甚至也不局限于絕緣體體系。大量拓撲量子態被發現:三維強拓撲絕緣體、弱拓撲絕緣體、鏡面陳絕緣體等。這些拓撲材料具有常規材料所沒有的奇特物性,譬如拓撲保護邊界態、手征反常、費米弧等。這些拓撲物性在電子、信息和半導體技術方面有著巨大的應用潛力,其特有的新奇物理現象有可能給未來的信息革命帶來重大影響。

因此,十多年來拓撲材料研究一直是基礎研究以及應用研究的前沿課題。所以當前找尋合適的拓撲材料就變得非常關鍵。但,目前已知的拓撲材料數目只有幾百個,這和人們合成出來的幾十萬個材料相比還很少,是否有適合應用的拓撲材料?拓撲材料是否真的很少?

“此前,該領域研究者主要通過直接計算拓撲不變量去找尋各種拓撲相,這種方法效率較低,所以目前人們知道的拓撲材料數目還很有限。因此我們研究出新的理論方法,從而系統地找到理想的有實用價值的拓撲材料。”談及研究,萬賢綱也指出,“我們只是提出了找尋拓撲材料的新方案和方法,未來還需要不斷證實這些材料的可用性以及應用價值,一切都還是未知數。或許,最后會發現眾多材料中只有一種材料可應用于實際生活中,這也是一種進步。”

萬賢綱告訴記者,拓撲基礎理論研究的科研價值,體現在對自然未知的探索上。“我們現在已經對金屬、半導體等材料習以為常了,實際上自然界還存在大量未知的材料,這些‘富礦’等著科研工作者去不斷挖掘。”

值得一提的是,在N a t u r e 同期發表的還有中科院物理所研究團隊和普林斯頓大學研究團隊的兩個相關工作,展示出在拓撲新材料理論設計方面中國科研團隊的優勢地位。

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