Chiral Topological Phononic Quasiparticles in Enantiomeric Crystals SrSi$_2$ and BaSi$_2$
本文探究晶体结构手性与拓扑准粒子手性的关联，通过第一性原理计算预测分析SrSi₂和BaSi₂等手性对映体材料的声子谱拓扑准粒子，揭示晶体手性与准粒子拓扑电荷的关系，提供理论指导与材料平台。
2025-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the topological current carrying state and the surface to bulk transformation, in Bi2Se3 single crystal and thin film
基于磁光的电流成像技术比较了拓扑绝缘体材料Bi 2 Se 3的单晶和薄膜中拓扑电流分布的性质。该单晶在低温下具有约3.6nm厚的均匀拓扑表面电流片。随着温度的升高，电流部分地转移到晶体块体中，并且伴随地，片分裂成高电流密度区域和低电流密度区域的片状网络。高电流密度区的温度依赖性表明，晶体中的表面到体的转变具有经典的相变现象的特征。具有拓扑高电流密度的表面积分数表现为序参量。这种相变是由无序驱动的。在Bi 2 Se 3薄膜中，我们发现了准一维拓扑边缘电流的存在，这种电流在弱的外加磁场下被抑制。边缘电流在薄膜中转变为均匀的体电流。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Materials Discovery By Large-order symmetry indicators
晶体对称性在能带结构的分类中起着重要的作用，固体中丰富的空间对称性导致了各种拓扑晶相（TCP）。然而，与拓扑绝缘体和Dirac/Weyl半金属相比，相对较少的现实材料候选人被提出用于TCP。基于我们最近开发的使用对称性指示剂有效发现拓扑材料的方法，我们探索了五个空间群（即SG 87，140，221，191，194）中的拓扑材料，这些空间群由基于大阶强对称性的指示剂（Z 8和Z12）索引，允许在单个化合物中实现几种无隙边界态。我们预测了多种TCP，代表性材料包括：Pt 3Ge（SG 140）、石墨（SG 194）、XPt 3（SG 221，X=Sn，Pb）、Au 4 Ti（SG 87）和Ti 2Sn（SG 194）。作为副产物，我们还发现AgXF_3（SG_（140），X=Rb，Cs）和AgAsX（SG_（194），X=Sr，Ba）是良好的狄拉克半金属，具有干净的费米面。所提出的材料提供了一个很好的平台来研究不同类型的边界状态之间的相互作用所产生的新特性。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plethora of Coexisting Topological Band Degeneracies in Nonsymmorphic Molecular Crystal OsOF$_5$
在固体的能带理论中，简并以点、线、面的形式出现。自从认识到物质的无隙拓扑量子相以来，带简并的拓扑性质最近得到了重视。基于第一性原理计算，我们报道了卤氧化锇OsOF $_5$中的拓扑半金属相，它具有零维Weyl点、一维节线和二维节面.半金属相由电子填充约束保证，而各种维度的能带简并由非对称晶体对称性保护。针对跨越费米能级的两个节点环，我们证明了$π$ Berry相对它们的拓扑保护，并描述了由非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数拓扑连接的鼓面表面态。我们的预测突出OsOF $_5$作为一种独特的拓扑材料，其中丰富的各种拓扑简并存在于一个狭窄的能量范围内接近费米能级，由于这种材料的分子晶体结构。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Higher-Order Topological Insulators using the Spin Hall Conductivity as a Topology Signature
拓扑绝缘体是一种当$d$维绝缘体被限制在（$d-1$）维时具有金属边界态的物质相，它的发现和实现导致了几个潜在的应用。最近，它表明，受保护的拓扑状态可以表现在（$d-2$）维，如铰链和角状态的三维和二维系统，分别。这些非平凡的材料被称为高阶拓扑绝缘体（HOTI）。在这里，我们使用{ \it ab initio}计算和紧束缚模型的组合显示自旋霍尔效应和HOTI之间的连接。该模型演示了如何在HOTI相内出现非零的体中隙自旋霍尔电导率（SHC）。在此之后，我们进行了高通量密度泛函理论计算，以找到未知的HOTI，使用SHC作为标准。我们计算了693个绝缘体的SHC，得到7个稳定的二维HOTI。我们的工作指导新的实验和理论的进展高阶拓扑绝缘体的实现和应用。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computation and data driven discovery of topological phononic materials
拓扑量子态的发现，标志着凝聚态物理和材料科学都翻开了新的一页。通过类比自旋电子系统，拓扑概念被推广到声子中，促进了拓扑声子学的诞生。在这里，我们提出了一种高通量筛选和数据驱动的方法来计算和评估超过10，000种材料中的TP。我们对5014个TP材料进行了分类，将其分为单Weyl、高简并Weyl和环状TP。其中，对贸易点的三个典型案例进行了详细的讨论。此外，我们建议322 TP材料与潜在的清洁非平凡的表面状态，这是有利于实验表征。这项工作显着增加了目前的TP材料库，这使得深入研究它们的结构-性能关系成为可能，并为未来与TP相关的器件设计开辟了新的途径。
2020-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Decoratypes: An Extensible Crystal Taxonomy for Machine Learning-Guided Materials Discovery
本文提出装饰类型分类体系，结合主动学习构建铁电材料发现框架，预测出六种新型铁电候选材料，助力探索未充分研究的化学空间。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci
On the robustness of topological corner modes in photonic crystals
以$C_6$对称呼吸蜂窝光子晶体为例，分析了拓扑光子晶体角模的鲁棒性。首先，我们利用拓扑量子化学和威尔逊圈计算证明了块体晶体的拓扑性质源于一个受阻的原子极限相。然后，我们采用半解析模型的间隙边缘模式内出现的拓扑角模式的特征，确定适当的真实空间拓扑不变量。我们首次详细描述了长程相互作用对光子晶体中拓扑模的影响，并量化了它们对扰动的鲁棒性。我们的结论是，虽然光子长程相互作用不可避免地打破手征对称性，角模的晶格对称性的保护。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topologically Linked Crystals
我们发现了一类新的拓扑晶体，即晶体的链接环。在晶体生长过程中，两个环的三硒化钽（TaSe 3）单晶相互连接。晶体形式的拓扑结构被称为“霍普夫链”，这是最简单的链接，只涉及两个组件unknot连接在一起正好一次。传统的晶体学方法不能涵盖这些晶体的特征。
2006-11-07 cond-mat.mtrl-sci
A comment on "The Computational 2D Materials Database: high-throughput modeling and discovery of atomically thin crystals"
最近，Sten Haastrup，Mikkel Strange，Mohnish Pandey，Thorsten Deilmann，Per S Schmidt，Nicki F Hinsche，Morten N Gjerding，Daniele Torelli，Peter M Larsen，Anders C Riis-Jensen，Jakob Gath，Karsten W Jacobsen，Jens Jrgen Mortensen，Thomas Olsen和Kristian S Thygesen [2D Mater. 5（2018）042002]介绍了计算二维材料数据库（C2 DB），该数据库组织了分布在30多种不同晶体结构中的约1500种二维材料的各种结构，热力学，弹性，电子，磁性和光学性质。不幸的是，这项工作在弹性和机械稳定性测试领域存在严重和根本性的缺陷，这使得它不可靠。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators
最近拓扑绝缘体的发现重新引起了人们对绝缘能带结构拓扑性质的兴趣。在这项工作中，我们扩展了绝缘能带结构的拓扑分类，包括某些点群对称的晶体。我们发现了一类三维的拓扑晶体绝缘体，它们在某些高对称性的晶体表面上具有金属表面态。这些拓扑晶体绝缘体可以被看作是拓扑绝缘体在没有自旋轨道耦合的材料中的对应物。它们的表面态具有二次带简并性而不是线性狄拉克色散。它们的能带结构具有新的Z 2不变量。我们希望这项工作将扩大家庭的拓扑相带绝缘体和刺激他们在实际材料中的搜索。
2011-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Twisted quadrupole topological photonic crystals
波的拓扑操纵是超材料前沿研究的核心。最近在二维（2D）通量穿透晶格中发现了四极拓扑绝缘体，其在边缘和角落处表现出高阶拓扑波捕获。然而，光子晶体（PhCs）位于连续介质和离散晶格之间的边界，与现有的四极拓扑理论不相容。在这里，我们揭开四极拓扑物理触发的扭曲度的自由。使用一个拓扑平凡的光子晶体作为母板，我们表明，扭曲诱导四极拓扑光子晶体没有磁通线程。扭转诱导的晶体对称性丰富了Wannier极化，并导致反常的四极拓扑。通过控制二维光子晶体横向异质结的扭转角，观察到了多种多样的棱角现象。我们的研究为声子和极化激元的拓扑扭转光子学以及准连续体系中的四极拓扑铺平了道路。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Crystalline Magnets: Symmetry-Protected Topological Phases of Fermions
我们介绍了一类新的相互作用使拓扑晶体绝缘体在二维和三维电子系统，我们称之为“拓扑晶体磁铁。“它受到时间反演对称性$\mathcal{T}$和镜像对称性或旋转对称性$\mathcal{R}$的乘积的保护。拓扑晶体磁体表现出两个有趣的特征：（i）它不能与任何斯莱特绝缘体电连接;（ii）边缘状态对电子耦合到边缘是鲁棒的。这些特征受到边缘态的反常对称变换性质$(\mathcal{R} \mathcal{T})^2=-1$的保护。对外部磁场的各向异性响应可以是实验特征。
2017-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Physics guided deep learning generative models for crystal materials discovery
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
基于深度学习的生成模型，如deepfake，已经能够生成令人惊叹的图像和视频。然而，这些模型在应用于生成晶体材料结构时可能需要显著的变换，其中构建块、物理原子与像素非常不同。自然转移的生成模型倾向于生成大部分物理上不可行的晶体结构，这些晶体结构不稳定或不可合成。在本文中，我们表明，通过利用和添加面向物理的数据增强，损失函数项和后处理，我们基于深度对抗网络（GAN）的生成模型现在可以生成具有更高物理可行性的晶体结构，并扩展我们以前只能创建立方结构的模型。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
TXL Fusion: A Hybrid Machine Learning Framework Integrating Chemical Heuristics and Large Language Models for Topological Materials Discovery
Anhui University（安徽大学）；University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Xiamen University（厦门大学）；Shenzhen University（深圳大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
TXL融合通过整合化学启发法和大语言模型，提升拓扑材料发现的效率与准确性。
2026-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Dirac mass generation from crystal symmetry breaking on the surfaces of topological crystalline insulators
拓扑表面态（SS）的可调谐性和狄拉克能隙的可控打开是拓扑材料领域的重要研究内容。在拓扑晶体绝缘体（TCI）中，最近观察到自发产生的狄拉克能隙，这归因于立方晶体对称性破缺。然而，这种结构畸变迄今尚未被直接观察到，并且通过晶体对称性破缺打开狄拉克能隙的微观机制仍然难以捉摸。在这项工作中，我们提出了扫描隧道显微镜（STM）测量的TCI铅$_{1-x}$锡$_x$硒为广泛的合金组合物跨越拓扑和非拓扑制度。STM形貌直接揭示了表面上的破坏性扭曲，它将质量赋予了原本没有质量的狄拉克电子--这一机制类似于粒子物理学中长期以来备受追捧的希格斯机制。值得注意的是，我们的测量结果表明，狄拉克间隙尺度与合金成分，而失真的大小几乎保持不变。基于理论计算，我们发现狄拉克质量是由成分相关的SS渗透深度，这决定了重量的SS在扭曲的区域，被限制在表面控制。最后，我们发现在非拓扑区域中存在SS，它具有带隙的双支狄拉克费米子的特征。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological crystalline insulator states in Pb(1-x)Sn(x)Se
拓扑绝缘体是一类新型的量子材料，其时间反转对称性、相对论（自旋-轨道）效应和反向能带结构导致在大块晶体表面上形成电子金属态。这些螺旋状态表现出狄拉克一样的能量分散体带隙，它们是拓扑保护。最近的理论建议表明拓扑晶体绝缘体的存在，这是一类新型的拓扑绝缘体，其中晶体对称性取代了拓扑保护中的时间反演对称性[1，2]。在这项研究中，我们表明，窄隙半导体Pb（1-x）Sn（x）Se是一个拓扑晶体绝缘体x = 0.23。温度依赖的磁输运测量和角分辨光电子能谱学表明，该材料经历了一个温度驱动的拓扑相变从平凡的绝缘体的拓扑晶体绝缘体。这些实验发现为拓扑绝缘体家族增加了一个新的类别。我们期望这些结果将是一个相当大的机构的拓扑晶体绝缘体以及拓扑相变的详细研究的额外研究的开始。
2013-08-15 cond-mat.mtrl-sci
SVGym (SciVerseGym): An Environment for Reinforcement Learning and Bayesian Optimization in Crystal Discovery
Bin Cao（包超）
提出一个兼容Gymnasium的晶体发现环境SciVerseGym，将晶体设计建模为马尔可夫决策过程，支持局部和全局编辑操作，为强化学习、贝叶斯优化等提供可复现的测试平台。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy
晶体固体中的拓扑材料，包括拓扑绝缘体（TI）、拓扑晶体绝缘体（TCI）、拓扑Dirac半金属（DSM）、拓扑Weyl半金属（WSM）、拓扑Dirac或Weyl节线半金属（NLSM）等，主要具有拓扑的、受保护的非平凡表面态，其体相是适当存在Dirac锥的绝缘体或半金属，费米能级周围的外尔节点或狄拉克节点线。作者提出了一种将化学与物理相结合的两步计算筛选三维拓扑材料的策略，并考虑了完全填充能带和能带反转。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials
近年来拓扑绝缘体的兴起，无论是在凝聚态物理的概念认知上，还是在电子器件的革命性发展上，都有了新的突破。它还刺激了对更多拓扑状态的物质的探索。拓扑晶体绝缘体是一种新的拓扑相，它将电子拓扑和晶体对称性结合在一起。本文综述了SnTe类拓扑晶体绝缘体材料的研究进展。从体拓扑、表面态计算和实验观察等方面的拓扑识别出发，介绍了拓扑晶体绝缘体在各种扰动（包括本征缺陷、化学掺杂、应变和厚度依赖的限制效应）下的电子性质，并讨论了它们独特的量子输运性质.例如狄拉克费米子的谷选择性过滤和螺旋度分辨功能。SnTe类材料具有丰富的性质和高的可调谐性，使其成为新型量子器件的候选材料。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Epitaxial Thin Films of the Topological Crystalline Insulator Sr$_3$SnO
拓扑材料来源于对称性和拓扑之间的相互作用。拓扑能带理论的进展已经导致预测反钙钛矿氧化物Sr $_3$ SnO是拓扑晶体绝缘体，一种新的物质电子相，其（001）晶面的导电性受到晶体点群对称性的保护。然而，实现这种材料是具有挑战性的。在热力学计算的指导下，我们设计并实现了一种分子束外延（MBE）方法，实现了Sr $_3$ SnO单晶薄膜的吸附控制外延生长。原位传输和角度分辨光电子能谱测量揭示了金属和非平凡的拓扑性质的生长样品。与传统的分子束外延相比，所使用的合成路线的结果在优越的样品质量，并很容易适应其他拓扑系统与反钙钛矿结构。拓扑晶体绝缘体薄膜的成功实现为通过外延应变和异质结构调整对称性来操纵拓扑状态提供了机会。
2019-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Discovery of Extreme Lattice Thermal Conductivity by Crystal Attention Graph Neural Network (CATGNN) Using Chemical Bonding Intuitive Descriptors
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）；Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB–CSIC（巴塞罗那材料科学研究所，西班牙国家科学研究委员会）；Northwestern University（西北大学）
通过CATGNN利用化学键描述符发现具有极值晶格热导率的材料，提升热绝缘和热电材料设计效率
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Materials Discovery with Bayesian Optimization and Graph Deep Learning
利用基于结构的特征的机器学习（ML）模型为跨不同化学空间的准确性质预测提供了有效的手段。然而，获得平衡晶体结构通常需要昂贵的密度泛函理论（DFT）计算，这将基于ML的探索限制到已知晶体或少量假设晶体。在这里，我们证明了使用图深度学习能量模型的具有对称性约束的贝叶斯优化的应用可用于执行晶体结构的“无DFT”弛豫。使用这种方法显着提高ML预测的形成能和假设晶体的弹性模量的准确性，两种新型的超不可压缩硬质材料MoWC 2（P63/mmc）和ReWB（Pca 21）被确定，并成功地通过原位反应放电等离子体烧结从399，960过渡金属硼化物和碳化物的筛选合成。这项工作解决了一个关键的瓶颈，准确的属性预测的假设材料，铺平了道路，ML加速发现具有特殊性能的新材料。
2021-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Topological crystalline antiferromagnetic state in tetragonal FeS
磁性与拓扑学的结合是凝聚态物理中的一个奇异现象。在这里，我们提出了一个奇异的相位命名为拓扑晶体反铁磁态，其中反铁磁本质上集成了非平凡拓扑，我们建议这样的状态可以实现在四元FeS。结合第一性原理计算和对称性分析表明，拓扑晶态反铁磁态是由反铁磁有序对棋盘引起的能带重构和自旋轨道耦合引起的带隙开放共同作用的结果.拓扑晶体反铁磁态受到分数平移对称性、镜像对称性和时间反演对称性的保护，并呈现出一些独特的特征。与强拓扑绝缘体相比，拓扑鲁棒性依赖于表面。这些发现表明，在纯反铁磁材料中可以出现非平凡的拓扑态，这为拓扑性质在快速发展的反铁磁自旋电子学中的潜在应用提供了新的思路.
2017-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Surface-state-dominated transport in crystals of the topological crystalline insulator In-doped Pb$_{1-x}$Sn$_x$Te
三维拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体代表了物质的新量子态，它们被预测具有绝缘体态和自旋动量锁定的无隙表面态。在实验上，已经证明难以实现将允许表面状态在相当大的温度范围内支配输运性质的高体电阻率。在这里，我们报告了一系列的铟掺杂的Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te化合物，表现出巨大的体积电阻率连同拓扑表面状态的强有力的证据，基于厚度依赖的输运研究和磁阻测量。对于这些体绝缘材料，表面状态决定了接近30 K的温度下的电阻率。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of highly anisotropic dielectric crystals with equivariant graph neural networks
本文采用等变图神经网络预测晶体完整介电张量，并基于约6,700个Materials Project数据训练，发现连接近各向同性但介电高度各向异性的晶体。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Signature of topological crystalline insulating behavior in new B2X2Zn (X=Ir, Rh, Co) compound from first-principles Computation
最近在拓扑材料方面的尝试揭示了一大类材料，它们显示出受时间反演对称性和晶体对称性保护的无间隙表面态。其中，由晶体对称性而不是时间反演对称性保护的拓扑绝缘态被归类为拓扑晶体绝缘体。我们计算预测的空间群139（I/4 mmm）的新的三维拓扑晶体绝缘化合物的签名。在通过允许原子位置和晶格参数的重新排列进行全体积优化过程之后，利用具有广义梯度近似的第一性原理计算来识别费米能量附近的X和P对称点周围的多个Dirac-type交叉。重要的是，在点P处的带反转被识别。进一步，我们研究了该化合物的拓扑晶体绝缘行为，并在高对称性晶体表面上用（001）面投影识别了金属表面态。此外，我们进行了形成能，弹性性质和声子模式的计算，以验证化合物的结构，机械和动力学稳定性。因此，我们建议进一步研究和实验实现的化合物。
2023-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Tenfold Topology of Crystals: Unified classification of crystalline topological insulators and superconductors
著名的Altland-Zirnbauer对称性类的十重方式通过其非空间对称性的模式来识别任何量子系统。它是拓扑绝缘体和超导体周期表的核心，为所有对称类提供了弱相互作用电子的非晶拓扑相的完整分类。近年来，在晶体材料中发现了大量具有不同表面态的拓扑现象。本文对晶体拓扑绝缘体和超导体的关键空间群、层群和棒群的拓扑不同基态和具有反常表面态的拓扑相进行了详尽的分类。这是在一个统一的方式为全十倍的方式Altland-Zirnbauer非空间对称类。我们建立了一个全面的范例，利用现代数学框架的等变谱，它使我们能够获得适用于通用拓扑分类问题的结果。特别是，这种范式提供了有效的计算工具，使一个内在的统一处理的完整的十倍的方式。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Layer Construction of Topological Crystalline Insulator LaSbTe
拓扑晶体绝缘体（TCI）是晶体保护的拓扑状态之一。任何TCI都可以变形为晶格中几个解耦的二维（2D）拓扑非平凡层的简单乘积态，这些层的晶体对称性称为层结构（LC）极限。在这项工作中，基于第一性原理计算，我们已经发现，无论是四相LaSbTe（t-LaSbTe）和正交LaSbTe（o-LaSbTe）可以解释为堆叠的二维拓扑绝缘体在每个晶格空间。由软声子模引起的从t-LaSbTe到o-LaSbTe的结构相变证明了实空间变化如何导致拓扑态的改变。基于LC理论分析了它们的拓扑不变量和基于安全性的指标。我们建议，LaSbTe是一个理想的例子，展示了LC范式，桥梁的实空间中的晶体结构的能带拓扑在动量空间。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Genetic Algorithm-Accelerated Computational Discovery of Liquid Crystal Polymers with Enhanced Optical Properties
针对先进光学器件对液晶聚合物光学性能的需求，本研究结合第一性原理计算与遗传算法，加速筛选出低可见光吸收、高折射率的反应性介晶，揭示分子设计原则，提供了系统化可扩展的材料发现新方案。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
VQCrystal: Leveraging Vector Quantization for Discovery of Stable Crystal Structures
提出 VQCrystal 框架，融合分层 VQ-VAE、IAP 模型与遗传算法进行晶体逆向设计，并在三维和二维材料生成验证中展现高有效性、多样性与稳定性。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci
MatLLMSearch: Crystal Structure Discovery with Evolution-Guided Large Language Models
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Cornell University（康奈尔大学）；Deep Principle Inc.（Deep Principle 公司）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文提出MatLLMSearch，利用进化引导的预训练大语言模型无需微调即可生成新颖稳定的晶体结构，实现78.38%亚稳态率和31.7% DFT验证稳定性，并适用于多目标材料设计。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Artificial Intelligence for High-Throughput Discovery of Topological Insulators: the Example of Alloyed Tetradymites
在使用高通量经验描述符或基于熵的指标预测新拓扑材料方面已经取得了重大进展。到目前为止，这些方法已被应用于现有数据库中的材料，并严格限于具有明确定义的对称性的系统，留下了更大的材料空间未被探索。使用tetradymites作为一个典型的类的例子，我们发现了一种新的二维描述符，通过应用人工智能（AI）为基础的方法，快速和可靠的识别的拓扑特征的急剧扩大的范围内的材料，而无需事先确定其特定的对称性和详细的能带结构。通过利用这个描述符，只包含原子序数和电负性的组成物种，我们已经很容易扫描了大量的合金的辉碲铋矿家庭。引人注目的是，其中近一半被确定为拓扑绝缘体，揭示了拓扑材料世界的更大领域。目前的工作也证明了这种基于人工智能的方法在现代材料发现中越来越重要的作用。
2020-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Crystallography companion agent for high-throughput materials discovery
新的结构和功能材料的发现是由相鉴定驱动的，通常使用X射线衍射（XRD）。自动化加快了XRD测量的速度，大大超过了XRD分析技术，后者仍然是手动的，耗时的，容易出错的，并且不可能扩展。随着自主机器人科学家或自动驾驶实验室的出现，现代技术禁止XRD的集成。在这里，我们描述了一个由人工智能（AI）驱动的XRD数据自主表征的计算机程序，用于发现新材料。从结构数据库开始，我们使用物理上精确的合成数据集训练集成模型，该数据集输出概率分类-而不是绝对的-以克服传统神经网络中的过度自信。这种人工智能代理可以作为研究人员的伴侣，提高准确性并节省大量时间。它在各种有机和无机材料表征挑战中得到了证明。这种创新直接适用于逆向设计方法，机器人发现系统，并可以立即考虑其他形式的表征，如光谱和对分布函数。
2021-03-17 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput discovery of novel cubic crystal materials using deep generative neural networks
高通量筛选已成为发现新型功能材料的主要策略之一。然而，由于目前存放在可持续发展国际中心和卡塔尔气象局等材料储存库中的已知材料数量和多样性不足，其有效性受到严重限制。机器学习，特别是深度学习的最新进展已经实现了一种生成策略，该策略学习隐含的化学规则，用于创建具有新组成和结构的化学有效的假设材料。然而，目前的材料生成模型难以生成结构多样、化学有效和稳定的材料。在这里，我们提出了CubicGAN，这是一种基于生成对抗网络（GAN）的深度神经网络模型，用于大规模生成新型立方晶体结构。当对来自OQMD数据库的375，749种三元晶体材料进行训练时，我们表明我们的模型不仅能够重新发现大多数目前已知的立方材料，而且还能够生成新结构原型的假设材料。总共有506种这样的新材料（它们都是三元或四元的）已经通过基于DFT的声子色散稳定性检查进行了验证，其中一些已经被发现可能具有特殊的功能特性。考虑到立方材料在太阳能电池和锂电池等广泛应用中的重要性，我们的GAN模型提供了一种有前途的方法，可以显着扩展当前的材料库，从而通过筛选发现新的功能材料。通过DFT最终验证的新晶体结构可在我们的Carolina Materials Database http://www.carolinamatdb.org上免费访问。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Disorder-induced topological phase transition in HgCdTe crystals
本研究利用自洽玻恩近似探讨HgCdTe晶体中由杂质和成分波动诱导的拓扑相变，发现重空穴带使相变在较低无序强度下发生，该理论同样适用于其他窄带隙闪锌矿半导体。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure and Chemistry of Topological Insulators
拓扑表面态是一种新的物质电子态，近年来在一些小带隙半导体晶体的解理表面上被观测到。使这些状态的潜在化学因素是晶体对称性，强自旋轨道耦合的存在，以及通常有助于价带和导带的体电子态的能量的反转。这篇评论的目的是简要介绍拓扑绝缘体的物理化学观众和描述的化学，缺陷化学，和晶体结构的化合物在这个新兴的领域。
2013-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Fourier Neural Operators for Composition-Driven Crystal Structure Discovery
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）
该研究开发基于傅里叶神经算子的晶体场求解器，构建耦合生成-求解框架，在104种化学式上生成新型晶体结构，为成分驱动的晶体结构发现提供可扩展途径。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Experimental discovery of bulk-disclination correspondence
大多数天然和人造材料具有晶体结构，从中出现丰富的拓扑相[1-6]。然而，在实验中广泛采用的用于从边缘性质确定能带拓扑的体-边缘对应性在辨别各种拓扑结晶相时变得不充分[7-17]，导致拓扑结晶材料大家族的实验分类中的巨大挑战[4-6]。理论预测，向错，无处不在的晶体缺陷，提供了一个有效的探针晶体拓扑结构以外的边缘[18-21]，然而，这还没有在实验中得到证实。在这里，我们报告的实验发现的体向错对应，表现为分数谱电荷和强大的束缚态的向错。分数向错电荷来源于拓扑晶体绝缘体（TCI）的基本性质-受保护的体电荷模式。与此同时，强大的束缚态在向错出现作为一个次要的，但直接观察到的性质的TCI。使用可重构光子晶体作为具有高阶拓扑结构的光子TCI，我们通过泵浦探测和近场探测测量观察到这些标志性特征。分数电荷和局域态都出现在TCI相的向错处，但在平凡相消失。体向错对应的实验发现揭示了一种新的基本现象和探索拓扑材料的新范式。
2020-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Nonsymmorphic Crystalline Superconductors
拓扑超导体在体块中具有无节点的超导能隙，在有限系统的边界处具有无能隙的零能模，称为“Majorana零模”。在这项工作中，我们介绍了一类新的拓扑超导体，这是由非对称晶体对称性的保护，因此被称为“拓扑非对称晶体超导体”。我们构建了一个明确的Bogoliubov-德Gennes型模型的超导相在D类，并显示如何在这个模型中的马约拉纳零模式的保护滑移对称性。此外，我们推广的分类拓扑非对称晶体超导体的时间反演对称的类，包括DIII和BDI类，在二维。该理论为寻找具有非对称晶体结构的新型拓扑超导材料提供了指导。
2015-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Large, high quality single-crystals of the new Topological Kondo Insulator, SmB6
SmB6最近被预测为拓扑近藤绝缘体，是第一个表现出拓扑表面态的强关联重费米子材料。高质量的晶体是研究这种材料的拓扑性质所必需的。用大功率氙弧灯成像炉，用浮区法生长了六硼化稀土SmB_6单晶。通过这种技术可以获得大的、高质量的单晶。由浮区技术生产的晶体没有焊剂材料的污染，并通过电阻率和磁化强度测量进行了表征。这些晶体非常适合于SmB6的表面和体积性质的调查。
2013-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-throughput computational discovery of 40 ultralow thermal conductivity and 20 highly anisotropic crystalline materials
我们进行了从头算驱动的密度泛函理论为基础的高通量计算，寻找具有低热导率和高热输运各向异性的材料。我们从材料项目中筛选了429种稳定的三元半导体，并通过求解225种材料的玻尔兹曼输运方程获得了声子热导率。我们发现SbRbK 2和40材料的热导率最低为0.16W/m-K，在300 K时热导率低于1 W/m-K。对于各向异性热输运，我们已经确定了6种材料的各向异性大于5和20热输运各向异性高于最大的文献报道的值。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Topology-Stratified Materials Discovery with A Flow-Based Generative Model
University of Alabama（阿拉巴马大学）；Alabama Materials Institute（阿拉巴马材料研究所）
本文提出UFO-MGen，一种基于流的生成模型，通过学习Wyckoff表示的拓扑特征，在复杂晶体结构和化学空间中实现高成功率、高SUN率及强外推能力的晶体生成，并支持性质约束的逆向设计，加速材料发现。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Classification of Crystalline Topological Insulators and Superconductors with Point Group Symmetries
晶体拓扑相是近年来实验和理论研究的热点。主要进展包括通过对称性指标对晶体物质进行完整的基本能带表示分析，以及发现高阶铰链和角态。然而，目前对这些阶段的分类办法要么是隐含的，要么是范围有限的。本文提出了一种新的明确分类晶体拓扑绝缘体和超导体的方案。这些阶段的保护结晶点群对称性，其特征在于散装拓扑不变量。分类范式概括了Clifford代数扩展过程中的每个Altland-Zirnbauer对称类，并利用代数，其中包括点群对称。所有点群对称性的三维晶体的明确的结果，以及所有的对称层组的二维晶体。我们讨论了未来的扩展治疗磁性晶体和缺陷或高维系统，以及弱和脆弱的不变量。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Analogical discovery of disordered perovskite oxides by crystal structure information hidden in unsupervised material fingerprints
Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）
组成无序在钙钛矿中引起无数迷人的现象。由于无序引入的分析复杂性，靶向驱动发现钙钛矿固溶体一直是一个巨大的挑战。在这里，我们证明了一种无监督的深度学习策略可以通过仅从化学成分中学习来发现嵌入钙钛矿可成形性和潜在晶体结构信息的无序材料的指纹，这些化学成分表现为（A1-xA 'x）BO 3和A（B1-xB' x）O3公式。这种现象可以用来预测实验组合物的晶体对称性，优于几种监督机器学习（ML）算法。材料指纹的受过教育的性质导致了类比材料发现的概念，其促进了基于与已知材料的相似性调查的有前途的钙钛矿的逆探索。未研究的钙钛矿的搜索空间是使用实验数据驱动的ML模型和自动化网络挖掘工具从约600，000种可行化合物中筛选出来的，成功率为94%。这一概念进一步提供了可能的相变和复杂组合物的计算建模的见解。材料类比的定量分析有望弥合现有材料文献和未发现的地形之间的差距。
2021-05-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Extended topological defects as sources and outlets of dislocations in spherical hexagonal crystals
扩展的拓扑缺陷（ETD）所产生的球形六角晶体，由于其曲率被认为是。这些普遍存在的缺陷携带一个单位的总拓扑电荷，并被不等边五边形边界包围。被认为是ETD和位错之间的反应的拓扑特性。类似于通常的平面晶体顺序的边界，ETD发射和吸收位错而不保留它们的位错电荷。位于ETD区域内的位错失去了它，并且强制ETD衰减可以以不同的方式进行，而不保持所发射的位错的总Burgers矢量。
2014-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
First Principles Calculation of Topological Invariants of non-Hermitian Photonic Crystals
材料平台的陈拓扑数通常用Berry曲率表示，它取决于系统的简正模。在这里，我们使用规范不变的格林函数方法来确定从第一性原理的光子晶体的拓扑不变量。所提出的形式主义不需要计算的光子带结构，并可以很容易地实现使用与标准的平面波展开得到的运营商。此外，它表明，该理论可以很容易地应用于分类的非厄米光子晶体的拓扑相位与损耗或增益材料，例如，宇称时间对称光子晶体。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Superionic Ionic Conductor Discovery via Multiscale Topological Learning
本研究提出多尺度拓扑学习框架，集成代数拓扑与无监督学习，通过拓扑筛选和分子动力学验证，成功发现14种新型锂超离子导体，其中4种获实验验证。
2024-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Revisiting the topological classification of defects in crystals
介绍了缺陷拓扑分类的一般理论。我们说明了应用工具从代数拓扑，包括同伦和上同调组，分类缺陷，包括几个明确的计算晶体中的$\mathbb{R}^2$，$S^2$，2维圆柱体，2维环，2-环面。一组物理动机的假设制定，以证明分类过程中，也暴露出某些固有的不一致的考虑的方法，特别是晶格。
2021-06-12 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Topological vacancies in spherical crystal clusters
曲面上二维凝聚态有序相的几何阻挫与凝聚态物理和材料科学中的许多科学问题密切相关。在这里，我们展示了如何二维Lennard-Jones晶体团簇限制在一个球体上解决几何挫折，并导致五边形空位结构。这些空位来源于曲率和物理相互作用的结合，是拓扑缺陷，并可进一步分为位错型和向错型。我们分析了这些晶体学缺陷作为空位和拓扑缺陷的双重作用，阐明了它们的形成机制，并给出了相图。所揭示的拓扑空位的双重作用可能会在制造坚固的纳米孔中找到应用。这项工作还表明，利用物理相互作用和衬底几何形状的丰富性来创造新类型的晶体缺陷，这与晶体材料的设计有很强的联系，具有很大的潜力。
2017-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hydrodynamics of topological defects in nematic liquid crystals
我们发现回流，序参量和速度场之间的耦合，有一个显着的影响缺陷的运动在双折射液晶。特别是缺陷的速度可以强烈地依赖于在两个维度的拓扑强度和在三维方向上的核心的旋转方向。
2002-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Topology in time-reversal symmetric crystals
拓扑绝缘体的发现改变了现代材料科学，有望成为桌面相对论物理、无散射电子输运和稳定量子计算的平台。拓扑不变量用于标记不同类型的拓扑绝缘体。但一般不知道有多少或哪些不变量可以存在于任何给定的晶体材料。使用一种新的和有效的计数算法，我们研究的拓扑不变量中出现的时间反演对称晶体。这导致在一个统一的图片，解释了所有已知的拓扑不变量之间的关系，在这些系统。它还预测了新的拓扑相位和一个全新的拓扑不变量。我们明确提出了所有二维晶体费米子材料的分类，并给出了一个简单的程序，找到类似的结果在任何三维结构。我们的研究代表了一个单一的，直观的物理图像适用于所有拓扑不变量的真实材料，晶体对称性。
2018-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-th
