原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 1 March 2022; 

online 11 March 2022

本文借助自研的材料科学数据库及高通量计算系统，系统性地探索了1386个类似CsV₃Sb₅笼目材料的热力学稳定性及电子结构特征，并筛选出25个热力学稳定的新型AM₃X₅笼目材料。通过材料基因技术，实现了新材料体系的快速搜索和预测，为进一步发现新AM₃X₅笼目材料提供了方向。

笼目材料是研究和实现电子关联效应、电子拓扑结构等物理现象的重要量子材料体系。由于特殊的晶格结构，笼目材料具有以平带、狄拉克锥、范霍夫奇点为特征的新奇电子结构。近年来，人们在一类新发现的准二维笼目材料AV₃Sb₅ (A=K, Rb, Cs)中发现了超导现象，揭示了这类笼目材料中具有许多非平庸的量子现象。然而，目前实验上已知的类CsV₃Sb₅笼目材料仅有上述三例。这将超导笼目材料的研究范围局限在一个很小的组分空间内，大大限制了对于此类材料超导机制的探究。

最近，中国科学院物理所刘淼、蒋坤和孟胜带领团队，将CsV₃Sb₅材料的化学相空间扩展到了1386个材料，并从中筛选出了28个极可能通过实验合成的材料（E_hull<5 meV/atom）。这些类CsV₃Sb₅笼目材料是通过元素替换的方式，以CsV₃Sb₅笼目结构为模版构建而来的。基于高通量密度泛函理论计算方法与中科院物理所自研的atomly.net计算材料数据库，该团队计算得到了这1386个材料的晶体结构、热力学稳定性和电子结构等数据，并进一步从中筛选出28个热力学稳定性极优的材料（包括目前实验已知的KV₃Sb₅ RbV₃Sb₅, CsV₃Sb₅三种材料在内）。根据电子结构和磁性，这28个材料被分为5类非磁材料和3类磁性材料。这些筛选出来的磁性类CsV₃Sb₅笼目材料很有希望成为研究自旋液体等自旋量子现象的材料体系。这些发现为实验合成全新类CsV₃Sb₅笼目材料绘制了一幅完备的“藏宝图”，为进一步研究和调控类CsV₃Sb₅笼目材料的晶格结构、磁性和能带结构等物理性质提供了理论依据。

本文通过理论和数据驱动的方法，为新材料的发现提供了路径示范，预示着未来的新材料发现过程可以遵循此类模式化的方法——针对人们感兴趣的材料体系，将一个材料扩充成一类材料，并快速、准确地搜索和预测广阔组分空间内的未知稳定相。

本文中的所有计算结果（含1386个AM₃X₅材料的晶体结构、电子结构等信息）可在论文补充材料及atomly.net数据库中查询获得。