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研究快讯 | 三类Kagome结构的高通量计算及热力学稳定性评估
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Energy Landscape and Phase Competition of CsV3Sb5, CsV6Sb6, and TbMn6Sn6-Type Kagome Materials
Guanghui Cai (蔡光辉), Yutao Jiang (姜昱韬), Hui Zhou (周辉), Ze Yu (喻泽), Kun Jiang (蒋坤), Youguo Shi (石友国), Sheng Meng (孟胜), and Miao Liu (刘淼)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (11): 117101
DOI: 10.1088/0256-307X/40/11/117101
文章亮点
Kagome结构是凝聚态物理最为关心的结构之一。本工作分别以CsV3Sb5(P6/mmm), CsV6Sb6(R-3m), and TbMn6Sn6(P6/mmm)三种Kagome材料为结构模版，利用元素替换的方式获得共计4158种材料，并计算其热力学稳定性及相竞争关系，获得了48个热力学稳定相（Ehull<5 meV/atom）。
图1. 高通量计算及热力学相稳定相比较流程。
三类Kagome结构的高通量计算及热力学稳定性评估
研究背景
Kagome材料是凝聚态物理领域内的研究热点，其独特的空间结构使得它能够产生丰富的量子现象，如自旋受挫、非常规超导、Dirac/Weyl半金属等。研究这些材料可以帮助理解和探索新型的量子现象，有助于量子物理和量子信息领域的发展。此外，Kagome材料可能展现出一些特殊的物理和化学性质，如平坦的能带结构、拓扑性质等，这些性质使得它们在制备新型功能材料和电子器件方面具有潜在应用价值。
Kagome材料的探索研究对于深入了解量子世界、发现新型材料以及开发未来的电子器件和能源技术都有着重要的意义。因此，寻找可合成的Kagome化合物将有助于推动量子材料领域的进步。
内容简介
以CsV3Sb5, CsV6Sb6, 和TbMn6Sn6三种材料为结构模版，利用元素替换的方式获得共计4158种材料，再利用第一性原理计算其能量稳定性，给出了三种不同结构模版的材料在拥有相同化学组分的相空间内存在的竞争关系，指出了材料合成过程中可能出现的副产物，最终筛选出48种潜在的有望合成出来的Kagome材料。最后，进一步计算了它们的电子结构，研究了不同材料间电子结构的变化规律。本工作的通讯作者为中国科学院物理研究所孟胜研究员和刘淼研究员，论文第一作者为课题组研究生蔡光辉和姜昱韬。
图2. 三种Kagome材料的结构，分别以CsV3Sb5(P6/mmm), CsV6Sb6(R-3m), and TbMn6Sn6(P6/mmm)为母结构。
图3. 三类Kagome结构的热力学稳定相及相竞争，扇形面积越大表示越稳定。
研究意义和重要性
这项工作以预测新的Kagome材料的可合成性为样板，通过高通量计算，结合Atomly数据的海量数据积累，展示了一种经济、快速识别新化合物稳定性的标准方法，为新材料的合成与应用提供了重要的理论计算方案，进一步推动了材料科学和量子技术领域的发展。
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