美国杜克大学的研究人员采用高吞吐计算技术，依托海量电子结构数据库（AFLOWLIB）发现多类拓扑绝缘体，相关研究成果5月13日以《A search model for topological insulators with high-throughput robustness descriptors》为题发表在《Nature Materials》杂志。
该论文第一作者，现为杜克大学博士后的杨可松解释说，这项工作的原始思想是寻找一种简易并有效的方法从海量电子结构数据库中寻找拓扑绝缘体。他们通过定义负能隙表征反转能带结构以识别拓扑绝缘体，并通过分析自旋轨道耦合的物理本质,进而发现拓扑绝缘体在能带反转点（动量空间）的能隙差值（非自旋轨道耦合和自旋轨道耦合计算之间的差值，ΔEk）随着晶格参数的略微变化近乎不变或者变化相对较小。杨可松进一步解释说，这一现象主要归因于自旋轨道耦合的绝大部分来源于原子内部的芯电子层，因此在格格参数略微变化的情况下（价电子的分布会有变化，但并不影响芯电子层或者影响较小），这个能隙差值ΔEk几乎不会受到影响或者影响较小，而且ΔEk的数值将会成为拓扑绝缘体的一个非常重要的物理参量。根据这一发现，利用第一性原理计算方法可以快速并且有效地得到普通绝缘体发生拓扑量子结构相变的临界晶格参数。
杜克大学研究人员定义“拓扑绝缘体健壮性描述符（Robustness descriptor）”，依托海量电子结构数据库，采用高吞吐计算快速发现了五类拓扑绝缘体。在该论文中，他们还阐述了拓扑绝缘体的块体能带结构、能带反转点以及表面狄拉克点的位置之间的相互关系。杨可松说：“在该项工作中所采用的高吞吐计算技术以及用其搜寻具有特定性质材料的思想是实现“材料基因组计划 （Materials Genome Project）”的关键环节，也代表了未来计算材料科学的发展方向之一。”
杜克大学机械工程和材料科学系教授Stefano Curtarolo领导的研究小组开发了高吞吐计算代码AFLOW，并采用这项技术生成了一套海量电子结构数据库系统（AFLOWLIB）。到目前为止，用户可以从该数据库从中查询到大约1万6千个无机晶体的电子结构以及其他相关信息。本文第一作者杨可松师从山东大学戴瑛教授，2010年获得博士学位，同年8月赴美杜克大学从事博士后研究。杨可松是山东大学优秀毕业生，曾多次荣获校级及省级荣誉，其博士毕业论文《掺杂二氧化钛的稳定性、电子结构及相关性质的第一性原理研究》被评选为山东大学优秀博士学位论文年获得博士学位。在本项工作中，杨可松把自旋轨道耦合和拓扑绝缘体的计算扩展到了AFLOW代码，并完成了本文中全部的理论计算工作。（来源：山东大学）
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