我校材料科學與工程學院張小明教授、劉國棟教授與澳大利亞昆士蘭科技大學寇良志教授合作，在拓撲電子化合物領(lǐng)域連續(xù)取得重要研究成果。
拓撲電子化合物是劉國棟教授團隊于2018年首次提出的新材料概念，其對非平庸拓撲物質(zhì)態(tài)與電子化合物實現(xiàn)了有效融合，具有高電子遷移率、低功函數(shù)、魯棒的拓撲表面電子態(tài)等特點，在電子發(fā)射器件、自旋電子學器件、高容錯量子計算、高效催化劑等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。拓撲電子化合物當前已經(jīng)在多種非磁性材料體系獲得廣泛研究；然而，將磁性融入拓撲電子化合物的新材料、新物理、新應(yīng)用還鮮有報道。
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張小明教授、劉國棟教授與昆士蘭科技大學寇良志教授等，歷時近一年完成對磁性拓撲電子化合物的高通量材料篩選，從材料數(shù)據(jù)庫中超過14萬種材料出發(fā)，結(jié)合多種判斷手段，共篩選出276種電子化合物，其中51種展現(xiàn)出鐵磁、反鐵磁與間隙磁性。此外，對所有磁性拓撲電子化合物的電子結(jié)構(gòu)、拓撲物質(zhì)態(tài)、功函數(shù)等性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究，并發(fā)現(xiàn)它們在電子發(fā)射器、促進催化氨合成等領(lǐng)域比慣常材料具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。該工作是國際上首個對磁性拓撲電子化合物的材料篩選、物性與應(yīng)用全方面系統(tǒng)性地研究工作，于2023年2月23日在國際頂級期刊Journal of the American Chemistry Society (DOI: 10.1021/jacs.3c00284)上在線發(fā)表。該成果第一作者為張小明教授，我校博士研究生孟維真為共同第一作者，劉國棟教授和昆士蘭科技大學寇良志教授為論文通訊作者。
磁性拓撲電子化合物的高通量材料篩選、物性與應(yīng)用
此外，研究團隊還發(fā)現(xiàn)，拓撲電子化合物可以作為理想載體闡述清拓撲催化劑領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的機制性關(guān)鍵科學問題。近年，多種拓撲材料被發(fā)現(xiàn)可以實現(xiàn)高效的催化行為，拓撲催化劑作為一新興研究領(lǐng)域應(yīng)運而生。然而，拓撲催化劑中催化性能和拓撲態(tài)之間的基本機制和潛在關(guān)系一直難以闡明。團隊依托拓撲電子化合物C12A7:4e-在此方向取得重要進展，首次通過費米弧長度這一參數(shù)，建立起了拓撲物理量和催化參量之間的定量關(guān)系，揭示出拓撲催化劑的內(nèi)在工作機制。該工作于2022年12月27日在國際頂級期刊Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202205940)上在線發(fā)表。我校博士研究生孟維真為第一作者，張小明教授、劉國棟教授和昆士蘭科技大學寇良志教授為論文通訊作者。
上述兩個研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、河北省自然科學基金優(yōu)青項目、河北工業(yè)大學省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室PI團隊項目的支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00284
https://doi.org/10.1002/advs.202205940
圖文：孟維真 審核：劉國棟
