

拓扑电子平带Topological electronic flattened bands,主要位于费米能级附近或费米能级处,是通往非常规超导和相关绝缘态的必经途径。然而,相关实验大多局限于工程材料,如莫尔moiré 系统。


图1:三种可能的平带类型。
表1|无机晶体结构数据库Inorganic Crystal Structure Database,ICSD条目统计信息,该数据库为每个晶格类型分配至少一个子晶格。


图2:代表性平带材料的晶体和能带结构。
该项研究,对费米能级附近的平坦电子带进行了高通量搜索,并从化学计量晶体材料的晶体结构中,检测了线图line-graph和二分子晶格bipartite sublattices。根据平带拓扑结构、态密度、平带长度以及对平带有贡献原子所形成的晶格类型,对平带材料进行了细致分类。
这一算法应用于55206个无机晶体结构数据库Inorganic Crystal Structure Database,ICSD条目,研究发现,所有ICSD条目中,24052个(43.57%)在其晶体结构中至少具有Kagome、烧绿石、Lieb、二分体或分裂子晶格中的一种。对于人工筛选的6338个ICSD(2379个独特材料),这一比例提高到59.26%,对于最具代表性的平带材料,这一比例提高到73.87%。使用S矩阵方法,对五个典型化合物举例说明,可以在理论上解释材料中的平带出现。
该项研究结果,均可在材料平带数据库Materials Flatband Database website (MFBDB:https://www.topologicalquantumchemistry.fr/flatbands/) 网站上访问。这一研究结果,为未来结合拓扑和相互作用的平带材料理论和实验研究,铺平了道路,并产生了奇异量子现象,如磁性,非费米液体行为和超导。
目前,这种平带研究,仅限于二维工程扭曲莫尔晶格。虽然目前工作研究的是三维材料顺磁能带结构中的平带,但该研究方法,可以适用于探测磁能带结构、二维单层材料、声子和光子晶体中的平带。此外,这种平带flat obstructed atomic band,FOAB的进一步分类,有望扩大电荷中心远离原子位置的平带集合。
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