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寻找新型拓扑材料的实用工具WannierTools

已有 22517 次阅读 2016-10-26 23:31 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 拓扑绝缘体, 拓扑材料, WannierTools, 拓扑工具, Weyl

吴泉生  张胜男   2016年10月26日


    拓扑绝缘体的出现,让人们对材料的能带结构有了新的认识,同时也使得基于此类新材料的电子器件的研究迅速得到新发展。近十年,科学家们相继发现了各种新型的拓扑相,如Dirac半金属,Weyl半金属,Nodal line半金属,Hourglass半金属,Nodal Chain金属,Triple半金属等等。 不同的拓扑相有着不同的性质和应用,因此寻找新的拓扑相以及寻找对应新材料变成了一项有趣而且有价值的工作。  

拓扑材料相关知识太多了,如果要介绍起来,可以聊上个几天几夜,所以干脆就不介绍了。这个博文中介绍的计算工具WannierTools,只适合于已经有一定相关基础的,而苦于没有一个好的计算工具的朋友。她是我多年从事于拓扑材料研究而开发出来的一套工具集,主要用于计算拓扑不变量从而判断一个材料是否为新的拓扑材料,同时还能够给出拓扑材料的一些特征性质,如表面态。
为了能更方便迅速的让各位急需计算工具的朋友找到这款工具集,同时让我的辛勤劳作广收果实,我把工具集相关的程序和使用说明分享到了Github上(https://github.com/quanshengwu/wannier_tools)。 您可以无偿的下载她,使用,用发文章。唯一要求就是请您使用后,在公开发表的时候引用一下

这是WannierTools的logo.



当您下载WannierTools后,请阅读doc文件夹下的User Guide,里面有详细的说明文档,目前暂时是英文版本,后面会更新中文版。当您认真阅读过说明文档后,就会发现她能做的事情很多。她能够画出费米面;算出能隙在布里渊区中的形状;计算Berry曲率;计算Z2拓扑数;找出Weyl、Dirac点;算出二维表面态的ARPES能谱和准粒子干涉谱(QPI);计算表面态的自旋分布等等。经过测试,目前遇到的拓扑体系都能使用她来进行各种研究,而且程序本身正在不断发展中,后续还会添加更多功能来服务于用户。

除了丰富的功能以外,WannierTools还是一个非常高效的程序。您可以使用MPI并行的运行它,目前的Makefile支持gfortran,ifort编译器。主程序只有一个,主要的输入控制参数由一个文件控制。具体更多的细节请参考说明文档。此外,WannierTools还给出了三个例子以供学习,分别是拓扑绝缘体Bi2Se3,Type-II Weyl semimetal WTe2, 以及Nodal Chain metals IrF4.

目前WannierTools的用户已经超过15个,分布于全球各地。也有朋友帮忙发展后处理画图程序。希望这个程序能给您带来良好的使用体验,也希望您能够喜欢并分享她。如果您发现了程序中的Bug,请严肃的联系我们(wuquansheng@gmail.com or springnancy8586@163.com),我们会非常感激的。如果您有更好的开发想法,也请您不吝赐教。期待您的来信。

以下列举一些相关工作,
  • Heavy Weyl fermion state in CeRu4Sn6, Yuanfeng Xu, Changming Yue, Hongming Weng, Xi Dai, arXiv:1608.04602

  • Triple Point Topological Metals Ziming Zhu, Georg W. Winkler, QuanSheng Wu, Ju Li, Alexey A. Soluyanov arXiv:1605.04653 Phys. Rev. X 6, 031003 – Published 7 July 2016.

  • Fermi arcs and their topological character in the candidate type-II Weyl semimetal MoTe2, A. Tamai, Q. S. Wu, I. Cucchi, F. Y. Bruno, S. Ricco, T.K. Kim, M. Hoesch, C. Barreteau, E. Giannini, C. Bernard, A. A. Soluyanov, F. Baumberger  arXiv:1604.08228  Phys. Rev. X 6, 031021 (2016)

  • Nodal-chain metals, Tomáš Bzdušek, QuanSheng Wu, Andreas Rüegg, Manfred Sigrist, Alexey A. Soluyanov arXiv:1604.03112, 2016 Nature 538, 75 (2016) doi:10.1038/nature19099.

  • Surface states and bulk electronic structure in the candidate type-II Weyl semimetal WTe2, F. Y. Bruno, A. Tamai, Q. S. Wu, I. Cucchi, C. Barreteau, A. de la Torre, S. McKeown Walker, S. Riccò, Z. Wang, T. K. Kim, M. Hoesch, M. Shi, N. C. Plumb, E. Giannini, A. A. Soluyanov, F. Baumberger arXiv:1604.02411, 2016, Phys. Rev. B 94, 121112(R)

  • Topological Phases in InAs1−xSbx: From Novel Topological Semimetal to Majorana Wire, Georg W. Winkler, QuanSheng Wu, Matthias Troyer, Peter Krogstrup, Alexey A. Soluyanov arxiv:1602.07001, 2016 Phys. Rev. Lett. 117, 076403

  • Type-II Weyl semimetals, Alexey A. Soluyanov, Dominik Gresch, Zhijun Wang,  QuanSheng Wu, Matthias Troyer, Xi Dai & B. Andrei Bernevig, Nature 527, 495–498 (26 November 2015)





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