NpjComput.Mater.：手性多重簡併拓撲半金屬：構建新型資料庫

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繼Dirac半金屬、Weyl半金屬和Nodal-line半金屬後，多重簡併拓撲半金屬是近年新發現的又一類拓撲半金屬，它其中具有不同於傳統Dirac和Weyl費米子的新型費米子。這些新型費米子往往存在於高對稱k點上，已經發現了三重、四重、六重和八重簡併費米子。在目前已發現的多重簡併拓撲半金屬中，手性多重簡併拓撲半金屬往往有著更長的費米弧和更大的拓撲非平庸能量視窗，使其具有一些奇特的輸運性質，例如圓偏振光伏效應、負磁阻效應等。另外，手性多重簡併拓撲半金屬擁有高遷移率表面電子，在拓撲催化設計方面同樣具有重要的應用價值。但迄今為止，已被驗證的此類拓撲材料仍然較少。

為了解決這一問題，來自山東大學山東大學青島理論與計算科學研究院的許秋楠研究員團隊，基於高通量計算與密度泛函理論方法，構建了自動化搜尋多重簡併費米子的程式，建立了手性多重簡併拓撲半金屬的資料庫，並分析了其拓撲性質。他們對材料資料庫Material Project中屬於65個手性空間群的材料進行了高通量篩選和計算，預測了在費米能附近存在多重簡併點的拓撲半金屬，最終找到了來自14個空間群的146種手性多重簡併拓撲半金屬。這些材料不僅涵蓋了已被廣泛研究的CoSi家族，還包含了一系列新型材料，例如Mn₂Al₃能夠實現陳數為2和4的拓撲簡併點的共存，如圖1所示。

該研究表明這些手性多重簡併拓撲半金屬不僅在高對稱k點可具有三重、四重和六重簡併的費米子，而且在布里淵區內部存在任意位置的Weyl費米子。其中以213號空間群

的Mn₂Al₃為例分析了其Weyl點、貝利曲率和拓撲表面態等性質，圖2為貝利曲率所示外爾點在布里淵區中的分佈，切實證明了手性結構材料中高簡併拓撲點和傳統外爾點能夠共存這一現象。

圖1. 高簡併點拓撲半金屬Mn₂Al₃手性結構與拓撲簡併點能帶分佈圖

圖2. 高簡併點拓撲半金屬Mn₂Al₃外爾點與貝利曲率磁單極子分佈圖

資料庫具體材料細節列表可查閱文章補充材料，此資料庫也為研究手性費米子的拓撲性質以及在電子器件與化學催化等方面的應用提供了一個很好的平臺。該文近期發表於npj Computational Materials11, 120 (2025)，英文標題與摘要如下，點選左下角“閱讀原文”可以自由獲取論文PDF。

Exhaustive Screening of High-fold Degenerate Topological

Semimetal with Chiral Structure

Valery I. Levitas, Mehdi Kamrani & Biao Feng

Yan Wang, Wenwen Yang, Wujun Shi, Wenjian Liu & Qiunan Xu

High-fold degenerate topological semimetals (TSMs) that can host fermions with high-fold degeneracy have attractted considerable interest recently, but not many topological materials have been verified. Among them, ones with chiral structure possessing larger topological charge and extremely long Fermi arcs bring about some special properties like topological catalysis. Here, based on high-throughput calculations and density functional theory, we have built a program to search high-fold degenerate fermions automatically. A database including 146 chiral high-fold degenerate TSMs with exotic fermions near Fermi level is established and described in detail. It contains not only the well-known CoSi family of materials, but also a sight of new TSMs originating from 14 space groups. The high-fold degenerate points in chiral structures are three-, four- or six-fold and exist at the high symmetry k-points. Moreover, these TSMs containing high-fold degenerate fermions can also host Weyl points in chiral structures, which can also be valuable for the achievement of quantum Hall effect, quantized circular photogalvanic effect, topological catalysts and so on.