如何寻找一种拓扑材料？以前，在各类材料库的大海里，一种“鱼竿”只能“钓”出一种拓扑材料，“愿者上钩”；现在，“一张大渔网”就可以一网打尽，效率大大提高。

观察者网3月1日从南京大学获悉，日前，国际学术期刊《自然》正刊以《利用对称性指标进行拓扑材料全面搜索》为题，发表了这一重要研究——南京大学物理学院万贤纲教授的科研团队及其哈佛大学合作者，系统地大规模搜索了整个材料数据库，获得大量拓扑材料线索，并以此为基础设立了拓扑材料基因库。

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。

使用对称性指标搜索拓扑材料的算法流程图

据万贤纲介绍，具体来说，就是发展了一套非常高效的预测拓扑材料的方案：主体是基于第一性原理电子结构的自洽结果来计算布里渊区高对称点电子布洛赫本征态的对称性性质，通过计算在所谓的“原子绝缘体基组”上的展开系数，判断材料是否是一个原子绝缘体，如果不是，又是如何偏离原子绝缘体（拓扑绝缘体，拓扑晶体绝缘体，拓扑半金属三类）。

据介绍，根据这一高效寻找拓扑材料的理论方法，万贤纲教授团队对所有非磁材料是否拓扑进行分类，发现近50%的材料都是拓扑材料。进而，他们把计算预言的10897种拓扑材料(含费米能级附近有能带交点的体系)的晶体结构信息及电子能带放在网站上，供同行参考与研究。他们还挑选了近一千个费米面比较干净或者能带交点离费米面较近的体系，预言进一步的研究将很可能从中挖掘出适合实际应用的理想拓扑材料。