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量子材料科學中心韓偉課題組在二維磁性體系中展開工作并取得了重要進展，觀測到了二維反鐵磁體系中磁振子的長距離輸運。MnPS3晶體是一種層狀反鐵磁材料，利用機械剝離手段得到了二維的MnPS3薄片。MnPS3薄片上制備了用于測量磁振子輸運的非局域器件，器件結構如圖A所示。器件左側Pt電極通過熱方法來注入磁振子，右側Pt電極探測在二維MnPS3中擴散傳輸的磁振子。在二維反鐵磁MnPS3中，實驗上觀測到了幾微米的磁振子擴散長度。并且從圖B中可以看出，隨著注入端和探測端距離的增加，探測到的非局域信號表現出e指數衰減的形式，跟一維漂移擴散模型的理論模型一致。在此基礎上，他們還系統研究了MnPS3厚度對磁振子弛豫性質的影響。隨著MnPS3厚度從40nm降低至8nm，磁振子弛豫長度由4μm減小到1μm（圖C），這可能是由較薄的MnPS3中較強的表面雜質散射效應導致的。 二維材料中的磁振子輸運實現為二維磁性材料在磁振子電子學的應用與發展奠定了基礎，也有望推動磁振子在量子尺度下的新穎量子物理性質研究。圖：二維反鐵磁體系中磁振子輸運研究。（A）二維反鐵磁MnPS3中的磁振子輸運測量結構示意圖。（B）自旋信號R_NL^*隨電極間距的依賴關系，與理論預言的e指數衰減吻合。（C）磁振子弛豫長度隨MnPS3厚度的依賴關系。

徐虎課題組發現具有量子谷Berry Phase的拓撲聲子態在二維六角晶格材料中普適存在。隨著研究的深入，拓撲材料的分類越來越豐富和多樣化。到目前為止，拓撲材料的研究主要集中在費米子相關的系統。隨著研究水平的進一步發展，拓撲的玻色子系統也越來越引起人們的關注，例如光子晶體、聲子晶體等人工晶體中的拓撲現象等。但是，固體中的THz頻率段的拓撲聲子的研究相對緩慢。理論研究表明，拓撲聲子對研究量子聲子霍爾效應、拓撲聲子熱器件等具有重要作用。因此，在現實材料中尋找拓撲聲子態是相關領域亟待解決的問題。 在研究中，徐虎課題組研究人員采用基于密度泛函理論的晶格動力學計算，根據二階力常數矩陣構造類似于電子系統的緊束縛哈密頓量，從而可以獲得聲子系統的Berry 相和拓撲邊緣態。在此基礎上，他們結合高通量計算，發現具有量子谷Berry相的Dirac聲子態在二維六角晶格材料中普適存在(圖3a)。研究結果對進一步研究拓撲聲子態以及其實際應用具有重要作用。 近兩年，徐虎課題組致力于拓撲材料的理論預測和設計方面的研究工作，以南方科技大學物理系為第一單位發表1篇Phys. Rev. Lett.，1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇為Phys. Rev. B Rapid Communications)。

本發明公開了一種產生渦旋電磁波的單極子天線陣列及其饋電系統，屬于無線通信技術領域。本發明包括介質基板、接地面、饋電系統和單極子天線陣列。所述介質基板是形狀為圓形的絕緣介質基板，其表面上方是由金屬材料印刷而成的微帶電路。微帶電路主要分為兩個部分，一部分是 1 路分 N 路的饋電系統，另一個部分是由 1/4 波長金屬貼片作為陣元組成的 N 陣元單極子天線陣列。本發明實現了一種體積小、易生產、具有平面結構、易集成的產生渦旋電磁波的天線。同時還設計了一套完整的饋電系統，解決了陣列天線的饋電問題，只需在輸入端口施加激勵即可得到所需的 OAM 模態，方便操作，使用簡單。

層間轉角在層狀堆垛的二維材料體系中提供了一個全新的自由度來調控其結構與性質。近幾年，相關方面的研究引起了廣泛的關注。早在2012年，何林課題組就開始關注轉角對雙層石墨烯結構和電學性質的影響，測量了不同轉角雙層石墨烯的兩個范霍夫峰的峰間距能量與轉角大小的關系[1]，并預言該體系中的準粒子具有可調控的手征性[2]，研究了應變結構在該體系產生的贗磁場和贗朗道能級[3]。2015年，何林團隊發現雙層轉角石墨烯體系費米速度隨角度減小而迅速下降，證明在轉角為1.1度(第一魔轉角)附近時費米速度降為零[4]，并于2017年，在轉角接近魔轉角的雙層石墨烯體系觀察到強電子-電子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo課題組在魔角雙層石墨烯觀察到電子-電子相互作用導致的關聯絕緣體態和超導態，魔角雙層石墨烯物性研究迅速成為過去兩年凝聚態物理研究的最大熱點。 近期，何林課題組發展了一套方法，能夠可控地制備利于掃描隧道顯微鏡系統（STM）研究的雙層轉角石墨烯，并利用STM研究了小角度雙層石墨烯的性質，深入探索該體系由于電子-電子相互作用導致的平帶簡并度解除和新奇強關聯量子物態的關聯。例如，何林課題組與合作者發現當小轉角體系的平帶被部分填充時，電子-電子相互作用會解除平帶的谷贗自旋簡并度，在體系中產生很大的軌道磁矩（每個莫爾約10μ_B），由于軌道磁矩和磁場的耦合，谷極化態的劈裂能量會隨著外加磁場線性增大[6]。同樣的結果也在應變引起的平帶中觀察到了，當雙層石墨烯的轉角接近魔角時，體系中微小的應變結構可以使兩個范霍夫峰之間出現一個新的零能量平帶（贗朗道能級），何林課題組與合作者發現電子-電子相互作用會解除贗朗道能級的谷贗自旋簡并度，產生軌道磁性態[7]。這些結果表明小轉角石墨烯體系是研究二維軌道磁性態和量子反常霍爾效應的理想平臺。在角度大于魔角的小轉角雙層石墨烯中，何林課題組與合作者證明電子-電子相互作用依然會起重要作用，并有可能產生完全不同于魔角雙層石墨烯的新奇強關聯量子物態。例如在1.49度的樣品中，他們證明電子-電子相互作用解除了體系平帶中的自旋和谷贗自旋的簡并度，產生了一種全新的自旋和谷極化的金屬態[8]，這一結果進一步拓寬了轉角體系新奇強關聯量子物態的研究范圍。 除了電學性質受層間轉角的調制，在雙層轉角石墨烯體系，由于層間堆垛能與層內晶格畸變引起的應變能的競爭，其原子結構也會隨著角度發生改變。最近，何林課題組系統研究了雙層轉角石墨烯結構隨著角度的演化，發現當轉角大于魔角時，體系可以看作兩個獨立的剛性石墨烯層發生扭轉，層內晶格畸變幾乎可以忽略（定義為非重構結構）；當轉角小于魔角時，由于莫爾條紋周期較大，層間堆垛能占主導，從而引起晶格畸變產生堆垛的疇界（domain wall）網格（定義為重構結構）。這種疇界的兩邊都是Bernal堆垛的雙層石墨烯（分別為AB堆垛和BA堆垛），能傳輸谷極化的電流（圖一）。我們利用STM證明非重構和重構的兩種結構在魔角附近都能穩定存在。進一步，我們發現利用STM針尖脈沖可對魔角雙層石墨烯的非重構和重構結構進行切換，從而開關其二維導電拓撲網格。同時，我們發現在強關聯效應中起到重要作用的魔角雙層石墨烯平帶的帶寬也能在這一過程中被調控[9]。相關成果近日刊發在物理學期刊《Physical Review Letters》上。何林教授課題組博士生劉亦文為第一作者，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的蘇贏博士為文章的共同第一作者，何林教授為通訊作者。

該項目利用先進激光誘導石墨烯技術（Laser Induced Graphene, LIG）成功制備出無基質的大尺寸石墨烯紙，并可對其結構和性能進行精準調控，為石墨烯的廣泛應用提供了有力支撐。該方法不僅實現了石墨烯紙的連續/高效/低成本/大規模制備，還可對石墨烯紙進行多尺度/圖案化/不同結構的定制化制作，同時性能可調控的特點有效擴展了石墨烯紙的多功能應用。 目前，研發團隊在實驗室條件下已實現基于石墨烯紙的智能復合材料在自固化，全生命周期結構健康監測和功能結構層-阻燃/除冰方面的成功應用。同時基于其可調控的結構和性能，已開展其在傳感、結構功能表面、超級電容器和生物抗菌方面的應用研究。該項目在智能傳感，能源存儲等領域受到行業多家企業的關注，后續將在智能復合材料一體化成型及結構健康監測、高靈敏性可穿戴器件集成以及高性能蓄電池復合板柵材料等方面開展交流合作。? 該項目所制備的石墨烯紙應用非常廣泛，能應用在在傳感、儲能、環境等方面。“原位激光誘導石墨烯”技術能滿足儲能領域、軍用高強度結構、民用可穿戴器件等各領域的產業化需求。

層間轉角在層狀堆垛的二維材料體系中提供了一個全新的自由度來調控其結構與性質。近幾年，相關方面的研究引起了廣泛的關注。早在2012年，何林課題組就開始關注轉角對雙層石墨烯結構和電學性質的影響，測量了不同轉角雙層石墨烯的兩個范霍夫峰的峰間距能量與轉角大小的關系[1]，并預言該體系中的準粒子具有可調控的手征性[2]，研究了應變結構在該體系產生的贗磁場和贗朗道能級[3]。2015年，何林團隊發現雙層轉角石墨烯體系費米速度隨角度減小而迅速下降，證明在轉角為1.1度(第一魔轉角)附近時費米速度降為零[4]，并于2017年，在轉角接近魔轉角的雙層石墨烯體系觀察到強電子-電子相互作用[5]。2018年初MIT的Pablo課題組在魔角雙層石墨烯觀察到電子-電子相互作用導致的關聯絕緣體態和超導態，魔角雙層石墨烯物性研究迅速成為過去兩年凝聚態物理研究的最大熱點。 近期，何林課題組發展了一套方法，能夠可控地制備利于掃描隧道顯微鏡系統（STM）研究的雙層轉角石墨烯，并利用STM研究了小角度雙層石墨烯的性質，深入探索該體系由于電子-電子相互作用導致的平帶簡并度解除和新奇強關聯量子物態的關聯。例如，何林課題組與合作者發現當小轉角體系的平帶被部分填充時，電子-電子相互作用會解除平帶的谷贗自旋簡并度，在體系中產生很大的軌道磁矩（每個莫爾約10μ_B），由于軌道磁矩和磁場的耦合，谷極化態的劈裂能量會隨著外加磁場線性增大[6]。同樣的結果也在應變引起的平帶中觀察到了，當雙層石墨烯的轉角接近魔角時，體系中微小的應變結構可以使兩個范霍夫峰之間出現一個新的零能量平帶（贗朗道能級），何林課題組與合作者發現電子-電子相互作用會解除贗朗道能級的谷贗自旋簡并度，產生軌道磁性態[7]。這些結果表明小轉角石墨烯體系是研究二維軌道磁性態和量子反常霍爾效應的理想平臺。在角度大于魔角的小轉角雙層石墨烯中，何林課題組與合作者證明電子-電子相互作用依然會起重要作用，并有可能產生完全不同于魔角雙層石墨烯的新奇強關聯量子物態。例如在1.49度的樣品中，他們證明電子-電子相互作用解除了體系平帶中的自旋和谷贗自旋的簡并度，產生了一種全新的自旋和谷極化的金屬態[8]，這一結果進一步拓寬了轉角體系新奇強關聯量子物態的研究范圍。 除了電學性質受層間轉角的調制，在雙層轉角石墨烯體系，由于層間堆垛能與層內晶格畸變引起的應變能的競爭，其原子結構也會隨著角度發生改變。最近，何林課題組系統研究了雙層轉角石墨烯結構隨著角度的演化，發現當轉角大于魔角時，體系可以看作兩個獨立的剛性石墨烯層發生扭轉，層內晶格畸變幾乎可以忽略（定義為非重構結構）；當轉角小于魔角時，由于莫爾條紋周期較大，層間堆垛能占主導，從而引起晶格畸變產生堆垛的疇界（domain wall）網格（定義為重構結構）。這種疇界的兩邊都是Bernal堆垛的雙層石墨烯（分別為AB堆垛和BA堆垛），能傳輸谷極化的電流（圖一）。我們利用STM證明非重構和重構的兩種結構在魔角附近都能穩定存在。進一步，我們發現利用STM針尖脈沖可對魔角雙層石墨烯的非重構和重構結構進行切換，從而開關其二維導電拓撲網格。同時，我們發現在強關聯效應中起到重要作用的魔角雙層石墨烯平帶的帶寬也能在這一過程中被調控[9]。相關成果近日刊發在物理學期刊《Physical Review Letters》上。何林教授課題組博士生劉亦文為第一作者，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的蘇贏博士為文章的共同第一作者，何林教授為通訊作者。

該項目利用先進激光誘導石墨烯技術（Laser Induced Graphene, LIG）成功制備出無基質的大尺寸石墨烯紙，并可對其結構和性能進行精準調控，為石墨烯的廣泛應用提供了有力支撐。該方法不僅實現了石墨烯紙的連續/高效/低成本/大規模制備，還可對石墨烯紙進行多尺度/圖案化/不同結構的定制化制作，同時性能可調控的特點有效擴展了石墨烯紙的多功能應用。

構建三維多孔結構 CAD 模型，并通過增材制造技術制得相應形 狀的三維多孔金屬結構；在惰性氣體的保護氛圍下，將所制得的三維 多孔金屬結構升溫至 900℃～1500℃，然后冷卻至室溫；然后進行噴 砂和超聲清洗處理以獲得金屬模板；通過化學氣相沉積法在金屬模板 上生長石墨烯薄膜；配置腐蝕液并在 60℃～90℃的溫度下回流溶解金 屬模板，經洗滌和干燥處理后即得到三維石墨烯多孔材料產品。通過 本發明，能夠有效克服現有技術中所存

本發明公開了一種利用微波燃燒對石墨烯進行可控造孔的方法，采用硝酸鹽、醋酸鹽或者銀單質和氧化石墨烯作為原料，首先將原料進行均勻包覆、冷凍、干燥處理，通過控制原料的成份、濃度和冷凍與干燥的時長，制得各種成分、各種均勻性的復合物；通過對該復合物進行微波燃燒處理、控制微波處理時長得到不同孔徑分布的多孔石墨烯；本發明提供的這種方法在 6～45s 反應時間內獲得多孔石墨烯，主孔徑在 5nm～200nm 范圍內，快速簡單的實現對復

為了提高智能手機3D曲面玻璃制備用石墨模具的壽命，本成果利用非電極式等離子電解專利技術快速實現大批量石墨粉體表面納米陶瓷改性，并采用傳統的模具制備生產線實現高性能長壽命石墨模具的制備。本產品優勢有：（1）原材料石墨粉體不需要經過表面處理，這樣可以節省大量成本，降低環境負擔及其相關費用；（2）非電極式等離子電解專利技術為一站式置換技術，即在石墨粉體進行表面清洗和活化同時實現陶瓷涂層沉積；（3）所制備的陶瓷涂層和石墨粉體具有優異的結合力，遠遠優于傳統的溶膠-凝膠技術；（4）所制備的陶瓷涂層厚度為20納米，避免石墨模具在制備和使用過程中升降溫因熱不匹配而導致的開裂；（5）所開發的石墨模具中陶瓷組分均勻并量少，降低了原材料成本，避免傳統的石墨/陶瓷復合材料在制備和使用過程中升降溫因熱不匹配而導致的開裂，極大提高感應加熱效率；（6）可采用傳統的石墨及其模具制備生產線，實現生產線技術的匹配，極大降低成本。 本項目組已經制備出尺寸為175*110*30mm的石墨模具單件樣品，經深圳某自動化公司考核，在相同條件下該石墨模具壽命提高3倍，并且其成本基本不增加，具有巨大的市場前景。