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168体育西班牙人网页:人民日报客户端丨探物穷理创新 自信自强争先? ——记168体育西班牙人网页物理学与信息技术学院潘明虎教授

来源:人民日报客户端 发布时间:2024-05-07 浏览:次

潘明虎教授扎根168体育西班牙人网页播撒教育梦想,秉西部红烛之光,赴科技强国之约,以坚韧执着、敢拼敢闯、自强不息的精神锐意进。嘞炝烁咚娇萍甲粤⒆郧匡侠终。

在168体育西班牙人网页物理学与信息技术学院,有这样一支优秀的科研团队,他们充分发挥高层次人才的引领示范作用,带动了学院科研水平的提高;他们刻苦钻研、勇攀高峰,为学院实现学科高质量发展做出突出贡献;他们胸怀使命,孜孜以求,不断在服务人才培养、科技进步和社会发展的过程中寻求突破——这就是168体育西班牙人网页潘明虎教授领衔的量子物质调控团队。这支团队始终把提高原始创新能力作为自身的核心使命,不断增强攀登世界科技高峰的信心和勇气,在新型二维纳米材料的特性、应用及相关现象,研究和发展新型扫描探针显微镜研究等诸多方面创新突破,带来了具有颠覆性的技术新发现,促进了专业领域研究方面的重大科技进展。

“每天泡在实验室加班加点,确实很苦,但你内心可以潇洒,实验有所进展、有所突破、有所发现,那种兴奋感是别人体会不到的。”潘明虎教授的言传身教,带动和影响着团队中的每一位同志。天道酬勤成为团队的共识,大家不约而同地把每天进入实验室工作作为自己的一种生活方式,无论寒暑,唯有科学研究不辍。

科学研究离不开通力合作的创新氛围,大家深知“一朵鲜花打扮不出美丽的春天,一个人先进总是单枪匹马,众人先进才能移山填海。”在团队中,大家心往一处想、劲往一处使,衔接紧密、配合默契,谱写出一曲曲团结协作、赶超跨越的凯歌。在这个通力合作、集智攻关的创新氛围里,团队成员不计名利、甘于奉献,把心血和智慧拧成了一股绳。这薪火相传的精神,已经融入了团队的传统与血脉之中,成为成果产出的不竭动力与源泉。

二维超导材料领域:首创开展STM实验研究

二维超导材料一直是凝聚态物理研究领域的热点问题。潘明虎教授团队采用扫描隧道显微镜/隧道谱(STM/S)技术对二维(2D)超导材料α-Mo2C薄片的晶体结构和电学特性进行了系统的研究。并在纳米材料科学权威期刊《Nano Letters》在线发表了题为《CVD方法生长的Mo终端Mo2C薄片中的层堆叠、缺陷及强健超导电性的研究》的研究论文,发表了创新观点。

潘明虎教授团队与中科院金属研究所的任文才教授展开合作,首次对直接生长在原生衬底上的2Dα-Mo2C开展了STM实验研究。在以Mo原子层为终止面的α-Mo2C上,发现了周期性的晶格调制和不同的原子层堆叠方式的共存,这些结构特征与样品表面出现的应力以及原子层间的相对滑移有关。同时,在2Dα-Mo2C的表面上发现了具有特定形状的晶格缺陷,这些缺陷对电子局域态密度的分布以及超导相长度均有一定的影响。通过STS技术,团队还在2Dα-Mo2C的表面上发现了超导电性的增强现象。这种增强效应和表面应力以及结构缺陷均有着紧密的联系。该工作对此类新兴2D材料的制备和研究有着重要的意义。

二维材料外延生长及界面调控研究领域:开辟二维材料研发新途径

为了揭示异质结界面效应可以有效实现薄膜面内强的压缩应力并引起界面超导增强的原理,潘明虎教授团队在纳米材料科学权威期刊《Nano Letters》在线发表了题为《钛酸锶衬底上强烈压缩的寡层SnSe2薄膜:电荷序与增强的界面超导共存》的论文,阐述了其中的研究观点。

潘明虎教授团队与北京应用物理与数学研究所的张平教授开展合作,成功地在SrTiO3衬底上实现连续、层数可控的SnSe2薄膜的分子束外延生长。通过扫描隧道显微镜及拉曼测量证实,薄层SnSe2薄膜中存在强的面内压缩应力(单层薄膜中的压缩应力等效于23 GPa),这主要来源于衬底与薄膜间的界面应力效应。强的面内压缩应力将导致2×2电荷序的形成,进而造成费米能级附近态密度的减少,这与过渡金属二硫属化物中的CDW能隙非常相似。随着层厚增加,能带整体向占据态移动,意味着相比于厚的薄膜,薄的薄膜有更多的电荷注入,表现出明显的界面电荷转移行为。伴随着应力释放,双层薄膜中出现1×1相和2×2电荷序共存的现象。结合空间分辨的扫描隧道谱测量和第一性原理计算,我们发现界面超导性仅存在于1×1区域,超导转变温度为8.3 K,相比于石墨烯基底,增强的界面超导主要由于费米能级处具有更高的电子浓度,这是薄膜中压缩应力效应以及界面电荷转移共同作用的结果。

“该成果为进一步研究应力诱导的电荷序(单层)以及电荷序与界面超导间的相互作用(双层)提供了崭新的研究平台。同时,我们的实验也开辟了一条制备具有强面内压缩应力的二维材料的途径,通过外延生长于SrTiO3衬底上,有望在二维材料诱导出更高Tc的超导性。”潘明虎教授对取得成果喜出望外。

纳米自旋电子学领域:书写石墨烯创新文章

石墨烯(Graphene)是一种由碳原予以sp2杂化轨道组成的二维碳纳米材料,其晶格呈六角型蜂巢状,由两套碳格子组成。潘明虎教授团队以石墨烯为主要研究对象,在纳米自旋电子学领域开展了深入的研究。

经过深入研究,潘明虎教授团队在纳米学权威期刊《纳米快报》在线发表了题为《石墨烯中化学吸附硼原子诱导产生局域自旋磁矩》,深入阐述了在化学气相沉积法制备的石墨烯中引入化学吸附的硼原子,可以诱导产生局域自旋磁矩,并通过扫描隧道显微镜在原子尺度上测量出局域自旋态以及观察到局域自旋在石墨烯中的分布、叠加等现象。

潘明虎教授团队与苏州大学迟力峰院士、澳大利亚纽卡斯尔大学的Werner A. Hofer教授合作,研究了单个硼原子化学吸附在石墨烯表面的电子结构。他们发现,单个硼原子吸附在石墨烯表面的碳碳桥位上。扫描隧道谱研究表明,在硼原子周围有两个磁性峰,分别为较强的+7 meV峰和较弱的+70 meV峰。结合理论计算,他们发现其对应自旋相反磁性峰的劈裂。磁性峰的空间分布进一步研究表明,其随着碳原子的晶格做周期振荡,振荡的周期正是一套碳格子里两个最邻近碳原子的间距。这一发现与前人预测的电子自旋态在AB两套格子间的振荡规律相吻合。在此基础上,团队成员还研究了不同硼原子诱导的自旋状态间的相互作用。该工作对探索石墨烯等二维材料的人工诱导磁性具有重要的指导意义和研究价值。

“石墨烯不仅是电荷和热的导体,还拥有很高的载流子迁移率和令人吃惊的物理化学性能,为凝聚态物理研究提供了丰富的物理问题。然而,尽管具有许多优越的性能,但作为一种二维材料,石墨烯是零隙半导体,这使得其在常规的数字逻辑电路应用上还存在着不小的缺陷。”研究中,潘明虎教授团队发现了问题所在。

潘明虎教授团队面对这些问题,采用常压化学气相沉积法制备的高质量的单层氮掺杂的石墨烯,发现和确认了一种独特的双氮掺杂构型,并在国际上首次展示了通过增强拉曼散射信号,氮掺杂石墨烯可以用来有效地探测有机分子。同时,团队还首次成功观察和测量了石墨烯纳米带的边缘结构和边缘电子态,并在实验和理论上证实了边缘上的缺陷结构会引起边缘电子态的自旋极化。之后,在化学气相沉积法制备的石墨烯中,引入化学吸附的硼原子,可以诱导产生局域自旋磁矩,并通过扫描隧道显微镜,在原子尺度上测量出局域自旋态,观察到了局域自旋在石墨烯中的分布、叠加等现象。

拓扑晶体绝缘体领域:探寻二维拓扑晶体绝缘体态新奥秘

“拓扑晶体绝缘体是完全不同于拓扑绝缘体的一种新型拓扑材料,其拓扑性质受到晶格对称性保护,从而降低了在真实晶体材料中实现拓扑晶体绝缘体的难度,使其更具应用前景。”潘明虎教授对拓扑晶体绝缘体应用前景非常看好。

“然而,由于在薄膜生长当中不可避免地受到衬底应力的作用,拓扑态会相应地被调制甚至被破坏,因此国际上相关的实验研究工作进展缓慢。”潘明虎教授团队同时认识到科研创新中仍然存在卡脖子难题。

攀登科研高峰,向科技要答案。潘明虎教授团队在纳米材料科学权威期刊《ACS Nano》在线发表了题为《钛酸锶衬底上寡层PbSe的外延生长:压缩应力效应及潜在的二维拓扑晶体绝缘体》的研究论文。通过超高真空分子束外延技术生长出寡层的PbSe,利用扫描隧道显微镜对薄膜中存在的压缩应力效应进行了系统研究,揭示了二维PbSe边缘处存在的狄拉克型边缘态。

潘明虎教授团队与北京应用物理与数学研究所的张平教授开展合作,结合扫描隧道显微镜与第一性原理计算,研究了外延生长在SrTiO3衬底上PbSe薄膜的压缩应力及其对拓扑态的调制作用。研究发现,由晶格失配引起的原子晶格褶皱会破坏拓扑态的形成,将导致一个从非平庸拓扑态到平庸绝缘态的相变产生。随着层厚增加和应力释放,在第七层PbSe薄膜边缘处观察到狄拉克型的边缘态。研究结果表明寡层的PbSe可能存在的二维拓扑晶体绝缘体态。该工作对探索二维拓扑晶体绝缘体薄膜的生长及实验调控其拓扑态具有重要意义。

2022年,潘明虎教授团队与北京大学物理学院量子材料科学中心王健教授、谢心澄院士等合作,直接观测到了拓扑材料HfTe5原子缺陷处具有离散标度不变性的准束缚态。该研究成果以“拓扑材料原子缺陷处具有离散标度不变性的准束缚态”为题发表在国际权威学术期刊《美国科学院院刊》。超重原子在强库仑相互作用下产生的超临界原子坍缩现象是相对论量子力学的一个重要预测。由于在自然界尚未发现满足超临界条件的超重原子,这一现象一直未能得到实验的直接证实。潘明虎教授团队与合作科研人员的这一发现表明拓扑材料体系可作为研究超临界原子坍缩现象的全新研究平台。

2023年,潘明虎教授团队与中科院苏州纳米所、美国犹他大学等单位合作,在二维分子拓扑材料领域取得重大突破,在基于氢键有机框架中发现清晰拓扑平带等现象,首次从实验上证实二维有机拓扑材料的存在。该研究成果以“二维氢键分子有机框架的生长和笼目晶格中拓扑平带探测”为题发表在国际权威学术期刊《物理学评论快报》,并评为当期编辑推荐文章。拓扑平带体系是一种无能带色散的强相互作用的量子系统,平带中完全淬灭的电子动能增强了电子-电子相互作用,导致了一系列理论上预测的多体量子现象。然而实现二维分子拓扑平带材料的制备和观测一直具有巨大的挑战性。潘明虎教授团队和合作者制备出大范围均匀有序的二维氢键有机框架自组装单层结构,并直接观察到整个布里渊区上的电子拓扑平带,其来自一个“隐藏”的呼吸式电子笼目晶格。这一工作首次直接观测到二维分子框架中的非平庸拓扑平带,并为探索拓扑平带等多体量子物态铺平了道路。

四轴烯合成领域:攻克难点,有机合成

“四轴烯及其衍生物分子的化学制备是有机合成领域的难点之一。在实际合成过程中均不可避免地遇到反应物分子难以获得、合成过程中副反应多以及四轴烯产率低等问题。”潘明虎教授团队立足四轴烯合成中的难点,展开了卓有成效地科研攻关。

团队将科研成果以《四轴烯的一步合成:表面在位化学中的分子组装诱导和反应动力学控制》为题发表在了国际权威学术期刊《自然·通讯》上,阐述了在Cu(100)表面低温吸附(20 K)再缓慢退火的方法,通过[1+1+1+1]直接环化反应高选择性地合成了四轴烯,同时利用高分辨扫描隧道显微镜对反应进行原位表征,并结合反应动力学计算阐释反应机制。

潘明虎教授团队与苏州大学迟力峰院士、国家纳米科学中心的裘晓辉研究员合作,成功地在Cu(100)表面通过[1+1+1+1]直接环化反应高选择性地合成了四轴烯。研究证明,抑制苯炔基在铜金属的迁移能力非常重要。分子在表面的迁移对产物的生成有着至关重要的作用,人们可以通过控制相关反应的动力学因素来选择表面反应的过程。

每一次创新,都是未知之途的拓荒。站在科技发展的最前沿,潘明虎教授团队正带着高度的责任感和自信心行走在科学研究的征途上,他们的勤勉与协作必将浇灌出更加灿烂的“科研之花”!

(文/苏红)

报道链接:https://wap.peopleapp.com/article/rmh40976720/rmh40976720


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