美國杜克大學的研究人員採用高吞吐計算技術，依託海量電子結構資料庫（AFLOWLIB）發現多類拓撲絕緣體，相關研究成果5月13日以《A search model for topological insulators with high-throughput robustness descriptors》為題發表在《Nature Materials》雜誌。
該論文第一作者，現為杜克大學博士後的楊可松解釋說，這項工作的原始思想是尋找一種簡易並有效的方法從海量電子結構資料庫中尋找拓撲絕緣體。他們通過定義負能隙表徵反轉能帶結構以識別拓撲絕緣體，並通過分析自旋軌道耦合的物理本質,進而發現拓撲絕緣體在能帶反轉點（動量空間）的能隙差值（非自旋軌道耦合和自旋軌道耦合計算之間的差值，ΔEk）隨著晶格參數的略微變化近乎不變或者變化相對較小。楊可松進一步解釋說，這一現象主要歸因於自旋軌道耦合的絕大部分來源於原子內部的芯電子層，因此在格格參數略微變化的情況下（價電子的分布會有變化，但並不影響芯電子層或者影響較小），這個能隙差值ΔEk幾乎不會受到影響或者影響較小，而且ΔEk的數值將會成為拓撲絕緣體的一個非常重要的物理參量。根據這一發現，利用第一性原理計算方法可以快速並且有效地得到普通絕緣體發生拓撲量子結構相變的臨界晶格參數。
杜克大學研究人員定義「拓撲絕緣體健壯性描述符（Robustness descriptor）」，依託海量電子結構資料庫，採用高吞吐計算快速發現了五類拓撲絕緣體。在該論文中，他們還闡述了拓撲絕緣體的塊體能帶結構、能帶反轉點以及表面狄拉克點的位置之間的相互關係。楊可松說：「在該項工作中所採用的高吞吐計算技術以及用其搜尋具有特定性質材料的思想是實現「材料基因組計劃 （Materials Genome Project）」的關鍵環節，也代表了未來計算材料科學的發展方向之一。」
杜克大學機械工程和材料科學系教授Stefano Curtarolo領導的研究小組開發了高吞吐計算代碼AFLOW，並採用這項技術生成了一套海量電子結構資料庫系統（AFLOWLIB）。到目前為止，用戶可以從該資料庫從中查詢到大約1萬6千個無機晶體的電子結構以及其他相關信息。本文第一作者楊可松師從山東大學戴瑛教授，2010年獲得博士學位，同年8月赴美杜克大學從事博士後研究。楊可松是山東大學優秀畢業生，曾多次榮獲校級及省級榮譽，其博士畢業論文《摻雜二氧化鈦的穩定性、電子結構及相關性質的第一性原理研究》被評選為山東大學優秀博士學位論文年獲得博士學位。在本項工作中，楊可松把自旋軌道耦合和拓撲絕緣體的計算擴展到了AFLOW代碼，並完成了本文中全部的理論計算工作。（來源：山東大學）
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