拓扑绝缘体已成为材料研究领域中的“明星”,吸引着众多科学家的目光,理论和实验两方面的研究工作进展都极为迅速。拓扑绝缘体是一种新奇的量子物态,具有绝缘体和导体双重特性,通过引入超导序和铁磁序,拓扑绝缘体可能在量子计算机和自旋电子学等领域有着潜在的广泛应用。然而,要实现这些应用,首先需要寻找性能优良的拓扑绝缘体材料。当前被实验证实的拓扑绝缘体材料种类和数量还非常有限,受实际生长条件、特别是如何与当前的半导体工艺匹配等问题的限制,在这些材料中实现上述应用仍是相当困难的。

  最近,中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)姚裕贵研究员和博士生冯万祥、丁俊,与美国橡树岭国家实验室的肖笛博士合作,在拓扑绝缘体材料预测和设计方面取得重要进展。在前期研究工作基础上[Phys. Rev. Lett. 105, 096404 (2010); Phys. Rev. B 82, 235121 (2010)],他们利用自己独立研制的Z2拓扑不变量第一性原理计算程序,又成功预言了在黄铜矿三元化合物家族中存在着大量拓扑绝缘体材料,这些材料有望弥补现存拓扑绝缘体材料的不足。