p Os materiais topológicos podem ser classificados em isoladores topológicos (TIs), isoladores cristalinos topológicos, semimetais topológicos de Dirac, semimetais topológicos de Weyl, semimetais topológicos de linha nodal, e outros. Esses materiais estão atraindo atenção na física da matéria condensada e na ciência dos materiais devido às suas propriedades físicas intrigantes e aplicações tecnológicas promissoras. Para um determinado sistema composto, a identificação de sua natureza topológica é geralmente complexa, exigindo determinação específica do invariante topológico apropriado por meio de estrutura eletrônica detalhada e cálculos de curvatura de Berry. p A natureza topologicamente não trivial está ligada ao aparecimento de bandas invertidas na estrutura eletrônica. Para a maioria dos materiais topológicos, Foi demonstrado que as inversões de banda são induzidas por delicados efeitos sinérgicos de diferentes fatores físicos, incluindo ligação química, campo de cristal e, mais notavelmente, acoplamento spin-órbita (SOC). Em particular, para os sistemas topológicos mais amplamente estudados de TIs tridimensionais (3D), SOC foi identificado para desempenhar um papel vital na indução da inversão de banda. Recentemente, vários métodos chamados de alto rendimento foram desenvolvidos com sucesso para prever TIs. Por exemplo, usando um certo descritor, dezenas de novos candidatos a TI foram propostos por um grupo de pesquisa da Duke University. Ainda assim, no nível de implementação, todas essas abordagens dependem de cálculos detalhados de estrutura de banda com base nos primeiros princípios.

p Neste artigo de capa, um critério simples e eficiente que permite a triagem rápida de isolantes topológicos potenciais foi proposto pela equipe colaborativa do Prof. Huijun Liu na Universidade de Wuhan, Prof. Xingqiu Chen do Institute of Metal Research, Academia Chinesa de Ciências, e o Prof. Zhenyu Zhang da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. O critério está inerentemente ligado à inversão de banda induzida por SOC, e é definido exclusivamente por um número mínimo de duas propriedades físicas elementares dos elementos constituintes:o número atômico e a eletronegatividade de Pauling, em vez de entradas de cálculos detalhados de estruturas de banda eletrônica dentro da teoria do funcional de densidade. A ideia do critério é:

1. A lacuna de energia (Δ) em certo ponto k de alta simetria é amplamente aberta pela ligação química local dos elementos constituintes e divisão do campo cristalino, enquanto o SOC tende a diminuir o mínimo da banda de condução e elevar o máximo da banda de valência ao induzir a ocorrência da inversão da banda com uma forma anti-cruzamento.
2. Como um critério de ordem de magnitude, para induzir a inversão de banda, seria desejável se um material candidato de TI tivesse uma força SOC maior λ e um Δ menor. O caso crítico ou transicional exigiria que λ fosse comparável a Δ.
3. Em princípio, a força SOC λ é proporcional ao número atômico, enquanto o gap de banda de um composto está intimamente relacionado à diferença de eletronegatividade entre os átomos constituintes. Em termos do número atômico médio (Z) da unidade da fórmula e da diferença de eletronegatividade de Pauling (Δ {χ}) dos elementos constituintes, pode-se definir uma razão Δ simples (Δa =0,0184Z / Δa {χ}), e um material candidato é topologicamente não trivial se Δ for maior que 1. A validade e poder preditivo de tal critério é demonstrado pela racionalização de muitos isolantes topológicos conhecidos e candidatos potenciais nas famílias tetradimita e meio-Heusler, e o princípio de design subjacente é naturalmente extensível a descobertas preditivas de outras classes de materiais topológicos, que oferece um poderoso princípio orientador na síntese de materiais quânticos topológicos.