非磁性晶体的电子结构可以用完整的能带拓扑理论来分类，这让人联想到拓扑周期表。然而，到目前为止，磁性材料的这种分类仍然难以捉摸，因为非磁性晶体的电子结构可以用能带拓扑的完整理论来分类，这让人联想到“拓扑周期表”。然而，到目前为止，磁性材料的这种分类仍然难以捉摸，所以到目前为止，几乎没有发现磁性拓扑材料。在《自然》期刊上发表的一项新研究中，一个国际研究团队对磁性拓扑材料进行了首次高通量搜索，发现了100多种新的磁性拓扑绝缘体和半金属。
周期表根据元素的化学性质(如电子数或电负性)对元素进行分类。这种分类导致了新元素的预测和随后的发现。同样，基于拓扑量子化学和对称性指标的完整理论，非磁性晶体固体(以规则间隔放置的元素集)的电子结构最近被拓扑周期表分类。基于其电子波函数的拓扑结构，已经鉴定了数万种非磁性拓扑材料，导致发现了数千种新的拓扑绝缘体。
与非磁性化合物不同，磁性化合物目前还不能用自动拓扑方法进行分类。相反，对磁性拓扑材料的研究是暂时的，受其潜在应用的驱动，如有效的热电转换器，微电子设备中的节能组件，可能是量子计算机的核心或改进的磁存储介质。然而，尽管20世纪80年代初首次在磁系统中开展了拓扑材料及其性质的理论研究(2016年获得诺贝尔物理学奖)，但近40年来拓扑材料发现的进展很大程度上来自于非磁性拓扑绝缘体和半金属领域。
候选磁性拓扑材料的相对缺乏可以归因于磁性晶体的复杂对称性以及量子磁体建模和测量的理论和实验困难。首先，成千上万的已知化合物可以通过它们的晶体结构来搜索。在已建立的数据库中，最大的磁性材料数据库只有几百个实验测得的磁结构。其次，非磁性结构仅被划分到230个空间组中，而磁性材料被划分到1421个磁性空间组中。“最重要的是，在所有的磁系统中，我们还必须担心电子-电子相互作用的影响，这很难建模。这使得预测磁性拓扑材料的任务变得更加复杂，即使数量更大。普林斯顿大学物理学教授B. Andrei Bernevig表示，他是这项研究的作者之一，该研究旨在解决这一问题。
在这项发表在《自然》期刊上的研究中，一个国际研究小组朝着发现具有非平凡拓扑电子属性的磁性材料迈出了一大步。
马克斯普朗克主任克劳迪娅费尔瑟(Claudia Felser)表示，“磁性材料中能带拓扑的分类和诊断有效地闭合了40年前开始的环路，该领域的相关性因1985年和2016年的诺贝尔物理学奖而得到加强。”德累斯顿学院。
2017年，来自普林斯顿大学、巴斯克大学、马普学会和DIPC的一组研究人员对非磁性材料的能带结构有了全新的理解。“在这个理论(拓扑量子化学(TQC))中，我们将一种材料的拓扑特征与其基本化学联系起来。这使得寻找非磁性拓扑材料成为一种可以有效自动化的形式，”该大学教授路易斯埃尔科罗说。毕尔巴鄂巴斯克大学，两项研究的合著者。TQC代表预测和表征所有可能的能带结构和晶体化学计量材料的通用框架。TQC进一步应用于35，000个实验性非磁性化合物，发现了15个化合物。
“在过去的两年里，我们鉴定了成千上万种拓扑材料，而在过去的二十年里，以前鉴定的拓扑材料只有几百种。在应用这些新颖的工具之前，寻找具有这些惊人特性的新材料就像是找到了现在，而寻找非磁性拓扑材料几乎是一项常规工作，”IKERBASQUE科学基金会和DIPC的助理教授、这两项研究的合著者Maia Vergniory说。
目前，越来越多的研究集中在磁性化合物上。理论上很少有磁性材料可以容纳反铁磁拓扑相，只有少数得到了实验证实。博士后研究员本杰明韦德说：“如果我们想在磁性材料的研究中取得相当的成功，我们需要一个相当于TQC的理论。但由于要考虑成千上万的磁对称群，从根本上很难解决这个问题。”他在麻省理工学院和普林斯顿大学任教，也是这项研究的作者。
在重现非磁性材料的成功时，研究人员面临两个主要障碍：一方面，需要阐明分析给定磁性材料的能带拓扑所需的理论机制。普林斯顿大学博士后研究员、新研究的作者宋志达(音)说，“我们将整套工具视为一座建筑。虽然非磁性材料代表坚固的联排别墅，但磁性材料的完整理论本质上是一座未完工的摩天大楼。”。
拓扑材料发现的另一个问题是，磁性材料的磁性结构以可靠的细节为人所知的数量相当少。“我们有200，000种非磁性化合物要分析，而实验测量的磁性结构的最大数据库有大约1，000个条目。“只是在过去的十年里，科学家们才认真地试图分类和收集这些磁性材料，”作者尼古拉斯雷尼奥补充说，他是CNRS巴黎高中和普林斯顿大学的教授。
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