Los materiales topológicos se pueden clasificar en aislantes topológicos (TI), aislantes cristalinos topológicos, semimetales topológicos de Dirac, semimetales de Weyl topológicos, semimetales topológicos de línea nodal, y otros. Dichos materiales están atrayendo la atención en la física de la materia condensada y la ciencia de los materiales debido a sus intrigantes propiedades físicas y sus prometedoras aplicaciones tecnológicas. Para un sistema compuesto dado, La identificación de su naturaleza topológica es generalmente compleja, exigiendo la determinación específica del invariante topológico apropiado a través de cálculos detallados de estructura electrónica y curvatura de Berry.

La naturaleza topológicamente no trivial está ligada a la aparición de bandas invertidas en la estructura electrónica. Para la mayoría de los materiales topológicos, Se ha demostrado que las inversiones de banda son inducidas por delicados efectos sinérgicos de diferentes factores físicos, incluyendo enlaces químicos, campo de cristal y, más destacado, acoplamiento espín-órbita (SOC). En particular, para los sistemas topológicos más estudiados de TI tridimensionales (3D), Se ha identificado que el SOC desempeña un papel fundamental en la inducción de la inversión de banda. Recientemente, Se desarrollaron con éxito varios de los llamados métodos de alto rendimiento para predecir TI. Por ejemplo, mediante el uso de un descriptor determinado, Un grupo de investigación de la Universidad de Duke ha propuesto decenas de nuevos candidatos a TI. Sin embargo, a nivel de implementación, todos estos enfoques se basan en cálculos detallados de la estructura de bandas basados ​​en primeros principios.

En este documento de portada, El equipo colaborativo del profesor Huijun Liu de la Universidad de Wuhan propuso un criterio simple y eficiente que permite la detección rápida de posibles aislantes topológicos. Prof. Xingqiu Chen en el Instituto de Investigación de Metales, Academia china de ciencias, y el Prof. Zhenyu Zhang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. El criterio está inherentemente ligado a la inversión de banda inducida por SOC, y se define de forma única por un número mínimo de dos propiedades físicas elementales de los elementos constituyentes:el número atómico y la electronegatividad de Pauling, en lugar de entradas de cálculos detallados de estructuras de bandas electrónicas dentro de la teoría funcional de la densidad. La idea del criterio es:

1. La brecha de energía (Δ) en cierto punto k de alta simetría se abre en gran medida por la unión química local de los elementos constituyentes y la división del campo cristalino, mientras que el SOC tiende a bajar el mínimo de la banda de conducción y empujar hacia arriba el máximo de la banda de valencia al inducir la ocurrencia de la inversión de la banda con una forma anti-cruce.
2. Como criterio de orden de magnitud, para inducir la inversión de la banda, sería deseable que un material candidato de TI tuviera una resistencia SOC mayor λ y una Δ menor. El caso crítico o transitorio requeriría que λ sea comparable a Δ.
3. En principio, la fuerza del SOC λ es proporcional al número atómico, mientras que la banda prohibida de un compuesto está estrechamente relacionada con la diferencia de electronegatividad entre los átomos constituyentes. En términos del número atómico promedio (Z) de la unidad de fórmula y la diferencia de electronegatividad de Pauling (Δ {χ}) de los elementos constituyentes, se puede definir una relación Δ simple (Δa =0.0184Z / Δa {χ}), y un material candidato es topológicamente no trivial si Δ es mayor que 1. La validez y el poder predictivo de tal criterio se demuestra mediante la racionalización de muchos aislantes topológicos conocidos y candidatos potenciales en las familias tetradimita y mitad Heusler, y el principio de diseño subyacente también es, naturalmente, extensible a descubrimientos predictivos de otras clases de materiales topológicos, que ofrece un poderoso principio rector en la síntesis de materiales cuánticos topológicos.