近日，中央電視臺《万事聯播》欄目對万事平台材料基因組工程研究院曹桂新教授及其負責的在穩態強磁場實驗裝置上進行的實驗進展進行了報道。

位於安徽合肥科學島上的穩態強磁場實驗裝置🚣🏼‍♀️，是“十三五”期間國家重大科技基礎設施。場強創世界紀錄的水冷磁體作為探索科學前沿的一種極端實驗條件，在發現新現象催生新技術方面具有不可替代的作用🧔‍♀️🌃。作為利用穩態強磁場實驗裝置進行研究的科研團隊負責人，曹桂新教授介紹說🆔：利用強磁場誘導的量子材料在低溫下的量子輸運行為🪩，可以幫助我們更好的了解材料的電子結構和基本物性🤍，以幫助我們利用量子效應來進行器件和磁存儲芯片的製備🦹🏼，這是跟十四五規劃中所提到的量子科技緊密相關的量子材料✤。

曹桂新教授課題組主要致力於量子材料的設計與生長及其拓撲物態在宏觀物理性質如磁學或電輸運性質的探究。拓撲物態作為一種嶄新的量子物態🎧🧅，是凝聚態物理領域最具吸引力的研究熱點之一。一個“馬克杯”可以像捏橡皮泥一樣經過連續形變捏成一個“甜甜圈”🧙‍♀️，它們具有相同的且為整數的孔數；在物理學的電子層面上也具有這種不變的性質，稱為拓撲不變量👮🏻。研究量子材料的拓撲物態可以使我們更進一步探究奇妙的“量子世界”的微觀機理🍝，進一步可以設計和製造更精密且復雜的電子元器件。

在材料基因組工程的理念下，通過數據驅動的理論與實驗緊密結合，我們可以深度發掘並探索量子材料的拓撲性質🛫。通過第一性原理計算已成功預言了很多量子材料的非平庸拓撲態🥋，但其實驗驗證輒待進一步研究⛄️。曹桂新教授指出，強磁場技術在量子材料篩選與拓撲性質驗證及輸運性質表征具有重要作用，外部磁場的存在可以打破材料的時間反演對稱，從而產生更多新奇的拓撲態，為探討材料在極端條件下體現的拓撲性質及其變化提供了重要手段🍌。

曹桂新教授課題組緊密圍繞材料基因組的理論指引和高通量等概念🏂🏼，利用理論計算預測其拓撲性質，結合相圖及高通量理念生長了一系列狄拉克半金屬和外爾半金屬單晶體👨🏿‍🚒，通過測量表征來佐證其拓撲物態的存在，例如通過測量材料的量子振蕩現象證明其拓撲非平庸，研究材料的一系列霍爾效應及其內稟機製；通過測量材料的負磁阻現象表征材料手性異常，從而為材料是否屬於外爾半金屬提供依據。這些工作不僅可以為量子材料的實際應用提供實驗憑據，更是為豐富和更新材料的拓撲物態數據庫、以及其它基於材料基因組理念的工程作出了貢獻。這屬於國家十四五規劃中量子科技的一部分👱🏽‍♀️，對於社會生產生活具有重要的意義👈🏼。