拓扑绝缘体和由重元素组成的半金属材料通常具有反转和色散的能带结构。有趣的是，如果用自旋轨道耦合减弱的较轻元素代替重元素，拓扑材料可以变异为带隙可变的半导体；例如，拓扑HgTe和Bi₂Se₃可以变异为CdTe和Sb₂Se₃，它们是优秀的光电子半导体，因为元素替换打开了带隙，同时继承了大的带色散和高载流子迁移率。近年来，许多拓扑材料被报道，并建立了它们的数据库。有鉴于此，复旦大学的陈时友等研究人员，报道了从拓扑材料中的元素替换寻找能带色散和缺陷容限半导体。

本文要点

1）研究人员表明这些新的拓扑材料可以作为起点，通过元素替换来寻找具有高载流子迁移率和缺陷容限的半导体。

2）研究人员以最近发现的三种拓扑材料Na₃Bi、Pb₂Bi₂Te₅和EuCd₂Sb₂为基准系统，展示了该策略的普适性，并发现衍生的Na₃P、Na₃As、Sn₂Sb₂S₅和CaZn₂N₂都是具有潜在光电应用的带色散和缺陷容限半导体。

3）对于Na₃P、Na₃As和Na₃Sb，从拓扑Na₃Bi衍生的新P3c1结构意外地被发现是它们的基态结构，比文献中报道的已知结构更稳定。

本文研究不仅对这些半导体的物理性质有了新的认识，而且为寻找能带色散和缺陷容限半导体提供了一种有效的策略，可以推广到其他拓扑材料。

参考文献：

Menglin Huang, et al. Searching for Band-Dispersive and Defect-Tolerant Semiconductors from Element Substitution in Topological Materials. JACS, 2022.

DOI：10.1021/jacs.2c01038

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c01038