2.5　我国在该领域的未来发展重点与前沿展望

拓扑电子材料研究大致经历了20世纪70年代至21世纪初的萌芽和发育期，2000—2006年的新概念产生期，以及2006年后的突破与大发展期。当前，新物态、新材料和新现象呈现井喷式爆发，多种拓扑材料体系不断涌现，已发展成为与传统的对称破缺理论描述的物态相并肩的研究领域，成为凝聚态的一个全新分支。至今，拓扑物态已经发展出了许多成员，成为一个庞大的家族，包括Z₂拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应态、拓扑晶体绝缘体、高阶拓扑绝缘体、拓扑半金属（包括狄拉克半金属、外尔半金属、节线半金属和三重简并半金属等）、关联拓扑绝缘体、拓扑超导等。拓扑物态分类的概念也被迅速扩展到了其他领域，例如：拓扑光子晶体、拓扑声子晶体、Floquet拓扑绝缘体、拓扑电路、拓扑声波等。纵观该领域的发展，经历了概念发展—材料发现—物性研究的过程，下一步最应该关注的是如何调控拓扑物态、利用拓扑物性在拓扑材料中实现功能器件。

在短期内，我们应该专注于拓扑电子物态的基础科学研究，着眼具有应用前景的拓扑量子效应和材料。澄清重要理论问题，包括磁性拓扑态、手性费米子、拓扑热电、拓扑磁化、拓扑光电等热点问题，发展相关材料物性计算能力。基于已知的拓扑材料数据库，合成更多的优质备选材料。实现液氮温度附近的量子反常霍尔效应材料，实验实现并证明轴子绝缘体、高阶拓扑绝缘体等拓扑物态，获得在拓扑绝缘体和半金属中引入控制电子关联的方法。提升我国材料制备和物性测量先进设备自主研发的能力。更长远来看，我国拓扑电子材料研究目标定位在拓扑量子态基础科学和应用技术方面取得重大突破。在概念和物性理论方面取得引领性突破，在实验上发现或实现一系列新颖拓扑量子效应，获得多种可在液氮温度以上呈现拓扑效应的量子材料，设计和制备基于拓扑量子效应的多种器件，建立起基于拓扑量子物态和效应的电子学的框架。基于这些理解，需要注意以下几个方面：

① 基础理论研究的长期稳定支持：从拓扑物态的发展历程可以看出，在早期的基础理论原始创新方面，我国科学家的贡献不够突出。但值得注意的是，在后续关联拓扑、超导拓扑等基础理论方面，中国科学家逐步展开有引领性、突破性的工作。这点需要对基础理论工作者进行长期稳定的支持，鼓励更多的人潜心研究，敢于挑战。

② 加强对拓扑材料的搜索、设计和优化研究：拓扑电子材料是整个拓扑物态理论研究的实际载体，是拓扑物性及其调控的物质对象，是新技术和应用的材料基础。面对搜索、设计和优化拓扑材料日益增加的需求，下一步迫切需要加强信息化、系统化的新材料研发模式，促进基础研究和技术应用。

③ 推动拓扑原型器件的探索：利用拓扑材料具有新奇拓扑物性的特点，即无耗散的电荷、自旋输运，具有全局稳定高容错性，非局域交叉电、磁、光、热调控等，可用于拓扑量子计算的非阿贝尔统计态等，推动拓扑原型器件的探索，这些在新一代电子和信息器件方面具有潜在的应用价值，抓住这样的机遇，大力推动原型器件的探索和尝试，可以在未来产业革命中占据主导地位。

④ 加强物性测量和调控科学仪器、装置建设：拓扑物态是最近十多年来才发展起来的新领域，在新物性、新现象的研究和新调控手段的开发上需要开发更多的仪器装备，有些甚至是一些大科学装置。所以，为了避免大量经费用于简单、重复购置国外的仪器设备，需要在创新性科学仪器的研制上、高质量高稳定仪器的量产化上提高自身的研发能力。