从大数据搜索发现的新型磁性材料

数十年来，电子拓扑体系一直是凝聚态物理领域的研究热点。拓扑量子化学（TQC）和磁性拓扑量子化学（MTQC）的发展，为预测真实体系中的拓扑量子材料提供了便利，尤其推动了磁性拓扑材料的高通量搜索和数据库构建。磁性拓扑材料结合了拓扑表面态的稳定性和自旋有序性，在量子计算、自旋电子学、催化等领域具有广阔应用前景，目前研究重点是寻找兼具拓扑特性且易于制备的材料。

本研究利用MTQC对MAGNDATA数据库中522种新的实验报道化学计量磁性结构进行高通量分析，将拓扑磁性材料数据库条目从372个扩展至894个。研究人员对每种材料进行第一性原理（DFT+U）电子结构计算，考虑不同Hubbard U参数（描述电子相互作用强度）下的拓扑诊断，最终预测出250种具有实验相关性的拓扑非平庸材料，占新分析材料的47.89%。

这些新材料涵盖多种拓扑类型：98种拓扑绝缘体（包括84种轴子绝缘体、3种磁性拓扑晶体绝缘体等）、50种磁性受阻原子绝缘体（mOAI，其非磁性对应物已被预测具有良好催化活性，磁性体系可能进一步提升催化性能，如CuFeO2是潜在候选）、182种对称性强制半金属（ESs）等。其中，对称性指示外尔半金属（如Co3Sn2S2）因独特物理效应备受关注。

研究还重点分析了五种代表性材料，分别展示不同拓扑相：Mn2AlB2（随自旋轨道耦合从nodal line半金属转变为拓扑绝缘体）、CaMnSi（窄带隙轴子绝缘体）、UAsS（5f轨道外尔半金属，表面具有双费米弧）、CsMnF4（准对称性保护的闭合nodal面半金属）、FeCr2S4（具有双外尔节点和自旋极化表面态的亚铁磁半金属）。

本研究不仅显著扩充了拓扑磁性材料数据库，还为相关领域提供了丰富的实验研究候选材料，有助于推动拓扑磁性材料在实际应用中的探索。