磁性拓扑材料的高通量计算

本征磁性拓扑材料（包括具有大反常霍尔效应的半金属与轴子绝缘体）的发现已指引了固态材料的基础研究。拓扑量子化学使得对顺磁拓扑材料的理解与搜索成为可能。利用从磁性拓扑量子化学（MTQC）获得的磁性拓扑指数，本文基于第一性原理计算对磁性拓扑材料进行高通量搜索。我们以毕尔巴鄂晶体学服务器上的磁性材料数据库为起点，其包含超过 549 种由中子散射实验推导磁结构的磁性化合物，并识别出 130 种强制半金属（其能带交叉由对称性本征值所隐含）与拓扑绝缘体。对每个化合物，我们进行完整的电子结构计算，包括使用不同 Hubbard 势的完整拓扑相图。利用自定义代码寻找所有磁性空间群中所有能带的磁性共表示，我们生成数据输入 MTQC 算法以确定每种磁性材料的拓扑。其中若干材料展现出先前未知的拓扑相，包括对称性指示的磁性半金属、三维反常霍尔绝缘体与高阶磁性半金属。我们分析了材料在不同相互作用下的拓扑趋势：130 种拓扑材料中的 60% 其拓扑对相互作用敏感，其余在变化相互作用下具有稳定拓扑。我们为未来实验研究提供材料数据库，并开源用于诊断磁性材料拓扑的代码。