报告题目：低维功能材料对称性破缺与物态调控

报 告 人：袁洪涛，南京大学现代工程与应用科学学院

报告时间：2024年04月29日14:00

报告地点：理科楼C302

报告摘要：信息功能材料是电、磁、光、声、热等各种能量形式转化的载体，是现代科学技术发展的基础材料之一。对于d轨道信息功能材料而言，强自旋-轨道耦合效应、电子关联效应及晶体场效应之间相互竞争，使其表现出丰富的新奇光电磁特性。当功能材料的厚度（维度）降低到接近单原子层极限，并以特定方式堆垛形成二维异质结时，异质界面两种材料电子云的重叠会在界面衍生出不同于上下层材料的独特的电子性质和层展效应。因此，低维功能材料可以通过单原子层晶胞之间的层间堆叠和扭转来构筑能带结构可调的异质界面，为“后摩尔时代”构筑全新原型器件提供了更多可能性。尽管异质界面上的相互作用通常都会涉及到晶格匹配、能带弯曲、电荷转移和莫尔周期势等复杂的物理化学过程，然而这些现象最终还是受到二维空间上异质界面的晶体结构及其平移和旋转等基本对称性的控制。因此，如何在众多新奇的界面电磁现象和界面二维晶格对称性之间建立桥梁，深入理解并构建材料的空间维度、界面结构与新奇性能三者之间的构效关系，是功能材料全新物态探索取得突破的关键所在。

围绕这一科学问题和挑战，本报告将围绕低维功能材料对称性破缺与物态调控中的基本问题，从如下三个方面介绍我们的研究成果。(一) 在低维光电功能材料构效关系与界面调控研究中，首次实现了半导体异质界面诱导产生的面内铁电极化和自发光伏效应，提出并验证了异质界面物理性能的“对称性工程调控”这一技术路线，利用具有不同晶格对称性的材料来构筑范德华界面，实现了界面晶格对称性破缺和能带结构人工修饰，证实了异质界面栅极可调的圆偏振自旋光电流现象，揭示了界面能带中贝里曲率偶极矩–自旋–能谷三重锁定的特性，为研究贝里曲率相关的非线性物理和拓扑光电子自旋器件奠定了基础；首次在非铁电材料构筑的范德华异质界面上实现了面内铁电极化和自发光伏效应，打破了“自发极化仅限于铁电材料”的传统认知；首次发现并证实了功能半导体材料中全新混合维度激子态的存在，突破了激子态与维度关系的传统理解；率先提出了“各向异性电介质”概念，将晶格对称性作为调控自由度，为人们利用异质界面调控非线性物理现象并实现拓扑光电子学器件提供了全新的材料设计策略和技术路线。(二) 在低维磁性材料磁结构和易磁化轴的调控研究中，解决了铁磁材料体系中磁各向异性能难以定量测量的问题，实现了铁磁材料中磁各向异性能的连续可调性，厘清了材料在磁结构相变中的自身晶格结构对称性、外加电场和压力场和易磁化轴调控的构效关系，为构筑新型自旋电子器件及自旋操控提供了全新的技术方案。(三) 在低维超导材料性能调控研究中，首次原创开发了金刚石对顶砧在极低温强磁场下的超高精度转角电输运测量技术和高压下超导隧穿谱测量技术，首次证实了高压下二维超导的存在，厘清了材料在晶格结构相变中的自身晶格结构对称性、压力场调控和超导电子维度的构效关系，为超导配对机制的研究提供了全新方案。

报告人简介：袁洪涛， 2007年于中国科学院物理研究所薛其坤课题组获理学博士学位，毕业后在日本东北大学Iwasa课题组开展博士后研究。2010-2012年转至东京大学应用物理系Iwasa课题组担任助理研究员和助理教授。2012年入职斯坦福大学崔屹和Harold Hwang课题组担任助理研究员和SLAC 副研究员。2017年入选国家高层次人才计划，任南京大学现代工学院教授，博导。袁洪涛长期从事低维功能材料新物态探索及液栅调控方面的研究，在探索功能材料对称性破缺及其物性调控上取得了系统的创新性研究成果。发表SCI学术论文120余篇，其中Science和Nature子刊27篇（包括Science 2篇、Nature Nanotechnology 10篇、Nature Materials 2篇、Nature Physics 1篇、Nature Electronics 1篇、Nature Communications 9篇和Science Advances 2篇）。论文总引用>15000次（H影响因子52），其中10篇被Web of Science评为高被引文章，入选了Web of Science交叉领域的高被引学者。袁洪涛教授2019年获得香港求是基金会“求是杰出青年学者奖”，2017年入选江苏特聘教授和江苏省双创人才，2020年入选了江苏省双创团队领军人才。授权相关国际国内发明专利20余项。在包括美国物理学会年会、美国材料学会年会、美国电化学年会、国际铁磁和磁性材料大会等国际国内会议上做邀请报告40余次。为Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology等期刊的审稿人。