编者按：

6月24日，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在京召开。中国科学院物理研究所方忠研究员等完成的“拓扑电子材料计算预测”获得国家自然科学奖一等奖。我们特邀请获奖团队对该成果进行解读。

拓扑电子态是一大类新的量子物态

它的发现与研究对物理学的发展产生了深远影响

是当前凝聚态物理研究的重要科学目标

在拓扑电子态研究中

一系列典型的拓扑电子材料

都是先有计算预测

再有实验验证的

这不仅拓展了拓扑物态分类

开辟了新的研究方向

而且展示了“计算驱动实验”

这一研究范式的重要作用

▲从左向右分别是普通金属、狄拉克半金属、外尔半金属的能带和手性外尔点在费米面中的分布情况。

2010年，团队通过计算

提出了实现量子反常霍尔效应的材料体系和具体方案

国际上多个实验组根据该方案

精确地在计算预测的材料体系中

观测到量子反常霍尔效应

证实了理论预言

▲Cr或 Fe掺杂 Bi₂Se₃族拓扑绝缘体薄膜可实现量子反常霍尔效应绝缘体

2012-2015年，团队计算预测成功发现了

首个狄拉克半金属和首个外尔半金属

从而首次在晶体材料中实现了

“手性”电子态——外尔费米子

“固体中发现外尔费米子”成果

被国际期刊《物理评论》

列为125年来发表的最重要的49项工作之一

是唯一来自于中国的工作

▲外尔半金属 TaAs 的晶体结构、外尔点的分布，该项国内工作入选美国物理学会纪念《物理评论》创刊 125 周年纪念文集

该系列成果引领并推动了

近年来拓扑电子态研究领域的跨越式发展

提出并实现了

判别材料拓扑性质的普适计算方法

▲利用微分几何中环路积分的方法，得到全新的拓扑数图解计算方案。a. 缠绕数等于0，表明系统拓扑平庸；b. 缠绕数等于1，表明系统拓扑非平庸。

该方法避免了电子波函数规范选取的困难

且不受材料对称性的限制

成为计算判定材料拓扑类别的主要方法

被国际学术界广泛使用

使得我国在该研究领域站在了国际最前沿

责任编辑：宋同舟