| 成果简介： |
伴随科学技术和工业生产的快速发展，自旋电子器件将引领信息存储和计算的新革命，与自旋电子器件相关的基础研究逐渐成为前沿领域。二维材料的低维性不仅为研究电子的自旋特性提供了物理学基础，也为器件的微型化和高集成度提供了便利。在过去几十年间，关于自旋及其量子效应的研究主要基于三维材料或二维理论模型，对真实二维材料中的自旋特性及其量子效应的认识存在较多不足，极大地限制低维自旋电子器件的研发。能否基于实验可制备的二维材料，深入理解自旋自由度及其量子效应，是实现自旋电子学应用于信息技术革命的重要物理基础。该项目经过十年努力，系统研究了二维材料的自旋特性及其量子效应，基于二维材料在掺杂、应力、电场和层堆叠调控下的拓扑量子相变、Rashba效应和多铁性，使二维材料的自旋自由度及其量子效应得到充分认识。能够针对自旋电子器件的特定候选材料，优化和调控其自旋特性。在研究二维材料的自旋自由度及其量子效应的过程中，项目还建立了基于vanHove奇异性的高效“自旋-电荷”转化模型，为调控实际自旋电子器件的性能提供了理论依据。该项目依托2项国家自然科学基金项目（“复杂氧化物界面新奇电子态的起源及调控”NO.61366007；“二维材料中带电点缺陷的理论研究”，NO.61751405）和云南省重大科技专项子课题（“稀贵金属材料高通量集成计算和数据分析技术及示范应用子课题”NO.2019ZE001-1，202002AB080001-6，2018IC058），重要科学发现如下：
1.提出了基于自旋布居的磁性二维半导体分类标准。利用掺杂、吸附和外加应力等方法，在本征非磁性二维材料中引入自旋极化态。通过对自旋极化态的深入研究，总结出获得多样自旋极化特性的外部调控方法，据此提出基于自旋布居的磁性二维半导体分类标准。这些研究结果，对于在本征非磁性二维材料中引入匹配实际需求的自旋特性，具有重要的理论价值和实验依据。基于上述研究结果，共发表SCI论文4篇，累计他引123次。
2.实现了范德瓦尔斯堆叠调控二维材料的自旋量子效应。基于二维材料的低维性和层间范德瓦尔斯作用，通过表面官能化可在二维材料中实现拓扑量子相变。二维材料的拓扑量子效应，是未来低能耗器件的物理学基础。项目的相关研究结果，对实际操控基于拓扑量子效应的自旋电子器件具有重要参考价值，也为研发低能耗自旋电子器件提供了候选二维材料。上述研究结果，共发表SCI论文5篇，累计他引29次。
3.利用外场效应有效调控Janus二维材料的多铁性和Rashba效应，将多铁二维材料拓展至具有vanHove奇异性的非磁性Janus二维材料。对于一种特定材料，同时具有铁电性和铁磁性被认为是极难实现的。该项目通过构造Janus二维材料，获得自发电极化和Rashba类型的自旋劈裂。利用外场效应，实现电极化和自旋劈裂的有效调控，以及较高的“自旋-电荷”转化效率。基于vanHove奇异性，静电栅极掺杂可在一种材料中同时实现电极化和自旋极化。这意味着，可以运用外加电场，基于“自旋-电荷”耦合机制，实现对特定二维材料自旋特性的有效调控。
基于上述研究结果，共发表SCI论文5篇，累计他引203次。此外，该项目在开展过程中受到教育部“新世纪优秀人才支持计划”和“云岭学者”培养工程等项目的经费支持。研究成果共发表SCI论文14篇，其中NatureIndex期刊收录3篇，中科院1区1篇、2区5篇（采用论文发表年的中科院分区）。研究成果累计他引355次，其中包括Nat.Rev.Phys.、Chem.Soc.Rev.、Appl.Phys.Rev.、Adv.Mater.、Angew.Chem.Int.Ed.、NanoLett.、Phys.Rev.B等本领域权威期刊，以及Novoselov,K.S.（2010年诺贝尔物理学奖获得者）、Ciraci,S.（计算凝聚态物理权威专家）、Zeng,Haibo、Pumera,Martin（二维材料权威专家）等知名学者的正面评述，充分体现项目研究成果在本领域的学术价值。 |
