新颖量子物理与材料的第一性原理发现：从理论到实验

现代材料科学因新颖拓扑量子物质态的发现而发生了革命，这为解决长期存在的科学挑战提供了新思路。然而，奇异量子现象通常仅在极端实验条件下罕见的材料系统中可观测。因此，寻找能够在常压条件下工作的合适候选材料，对基础研究和实际应用都至关重要。在此我们综述了近期在第一性原理探索新颖量子物理与材料方面的努力，聚焦于由自旋轨道耦合及其与磁性、拓扑和超导的相互作用所引发的涌现量子现象。由基础理论指导的第一性原理材料设计促成了若干关键量子材料的发现，包括下一代磁性拓扑绝缘体、高温量子反常霍尔与量子自旋霍尔绝缘体，以及非常规超导体。与实验的紧密合作不仅成功证实了我们的多数理论预言，还带来了令人惊讶的、可供进一步研究的发现，极大推动了该研究领域的发展。