Topologische materialen kunnen worden ingedeeld in topologische isolatoren (TI's), topologische kristallijne isolatoren, topologische Dirac-halfmetalen, topologische Weyl-halfmetalen, topologische knooplijnhalfmetalen, en anderen. Dergelijke materialen trekken de aandacht in de fysica van de gecondenseerde materie en de materiaalkunde vanwege hun intrigerende fysische eigenschappen en veelbelovende technologische toepassingen. Voor een bepaald samengesteld systeem, identificatie van zijn topologische aard is over het algemeen complex, die specifieke bepaling van de juiste topologische invariant vereisen door middel van gedetailleerde elektronische structuur en Berry-krommingsberekeningen.

De topologisch niet-triviale aard is verbonden met het verschijnen van omgekeerde banden in de elektronische structuur. Voor de meeste topologische materialen, het is aangetoond dat bandinversies worden veroorzaakt door delicate synergetische effecten van verschillende fysieke factoren, inclusief chemische binding, kristalveld en, vooral, spin-baan koppeling (SOC). Vooral, voor de meest bestudeerde topologische systemen van driedimensionale (3D) TI's, Van SOC is vastgesteld dat het de vitale rol speelt bij het induceren van bandinversie. Onlangs, verschillende zogenaamde high-throughput-methoden zijn met succes ontwikkeld voor het voorspellen van TI's. Bijvoorbeeld, door een bepaalde descriptor te gebruiken, tientallen nieuwe kandidaat-TI's zijn voorgesteld door een onderzoeksgroep aan de Duke University. Maar op het uitvoeringsniveau al deze benaderingen zijn gebaseerd op gedetailleerde bandstructuurberekeningen op basis van de eerste principes.

In dit omslagpapier een eenvoudig en efficiënt criterium dat een gemakkelijke screening van potentiële topologische isolatoren mogelijk maakt, werd voorgesteld door het samenwerkingsteam van Prof. Huijun Liu aan de Wuhan University, Prof. Xingqiu Chen bij het Instituut voor Metaalonderzoek, Chinese Wetenschapsacademie, en Prof. Zhenyu Zhang aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China. Het criterium is inherent gebonden aan de bandinversie die wordt veroorzaakt door SOC, en wordt uniek gedefinieerd door een minimaal aantal van twee elementaire fysische eigenschappen van de samenstellende elementen:het atoomnummer en Pauling elektronegativiteit, in plaats van input van gedetailleerde berekeningen van elektronische bandstructuren binnen de dichtheidsfunctionaaltheorie. Het idee van het criterium is:

1. De energiekloof (Δ) op een bepaald k-punt met hoge symmetrie wordt grotendeels geopend door de lokale chemische binding van de samenstellende elementen en kristalveldsplitsing, terwijl de SOC de neiging heeft om het geleidingsbandminimum naar beneden te trekken en het valentiebandmaximum omhoog te duwen bij het induceren van het optreden van de bandinversie met een anti-kruisingsvorm.
2. Als orde van grootte criterium, om de bandinversie te induceren zou het wenselijk zijn als een TI-kandidaatmateriaal een grotere SOC-sterkte λ en een kleinere Δ heeft. Het kritieke of overgangsgeval zou vereisen dat λ vergelijkbaar is met Δ.
3. In principe, de SOC-sterkte λ is evenredig met het atoomnummer, terwijl de bandafstand van een verbinding nauw verband houdt met het elektronegativiteitsverschil tussen de samenstellende atomen. In termen van het gemiddelde atoomnummer (Z) van de formule-eenheid en het Pauling-elektronegativiteitsverschil (Δ{χ}) van de samenstellende elementen, men kan een eenvoudige Δ-verhouding definiëren (Δa =0,0184Z/ Δa {χ}), en een kandidaatmateriaal is topologisch niet-triviaal als Δ groter is dan 1. De validiteit en voorspellende kracht van een dergelijk criterium wordt aangetoond door veel bekende topologische isolatoren en potentiële kandidaten in de tetradymiet- en half-Heusler-families te rationaliseren, en het onderliggende ontwerpprincipe is natuurlijk ook uitbreidbaar tot voorspellende ontdekkingen van andere klassen van topologische materialen, die een krachtig leidend principe biedt bij het synthetiseren van topologische kwantummaterialen.