昨日，一校物理系的兩篇論文同時在Science上發表

2024-04-06資訊

￥20

無門檻券

添加官方企業號一鍵領取

掃碼獲得AI訓練營優惠券
更有caie會員7天體驗免費送

來源： 南方科技大學微信公眾號

2024年4月5日，國際頂級期刊Science同時上線了兩篇來自南方科技大學物理系的研究論文。物理系講席教授何佳清團隊發表了題為「Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe」的文章，闡述了他們透過新的物理機理而獲得高效能熱電材料。南科大物理系、粵港澳大灣區量子科學中心林君浩副教授課題組與合作團隊發表了題為「Molecularly thin, two-dimensional all-organic perovskites」的文章，記錄了他們在二維全有機鈣鈦礦的設計、合成和結構解析方面取得的重大突破。

在兩位教授看來，此次同登頂刊，既是一次巧合，也在情理之中。一顆種子從萌芽到開花，過程充滿了艱險與變數。身為科研工作者，他們都已習慣帶領團隊專註當下，默默耕耘，集中力量攻克難關。經歷過無數個奮鬥的日夜，科研的種子終於同時開出了絢爛的花朵，這一系列突破性成果的發表是對他們辛勤付出的最大肯定。

提供多樣思路，打造特色研究

在此次工作中，何佳清團隊首次發現並驗證了電洞載流子捕獲和釋放機制和其對材料電效能的調控作用，以及調控材料本證鉛空位形態的贗奈米結構對材料熱輸運的抑制作用。團隊利用材料晶格畸變實作了電洞載流子的動態調控最佳化電效能，誘導材料本征點缺陷制造廣泛分布的贗奈米結構最佳化熱效能，這兩種策略均為其他熱電材料的效能最佳化提供了可行的思路。同時，熱電器件結構設計和轉換效率的提升，也有助於推動熱電發電器件的發展和套用。

「這是我們組長期探索熱電材料效能最佳化機理、構效關系和器件設計的結果。熱電材料中含有大量奈米第二相對於中高溫區的熱電材料來說是不利的，因為第二相和基體材料之間具有較大的膨脹系數差異，長時間在高溫下工作或誘導材料內部出現應力集中和相互元素擴散，從而導致材料效能衰減。」據何佳清介紹，他們在碲化鉛材料中構造了大量的奈米級空位團簇，這些團簇在材料中產生了大量的應力和應變，使材料的晶格熱導率顯著降低了，並且更加有利於熱電材料的高服役。在實驗過程中，團隊還偶然發現鍺摻雜到碲化鉛的晶格中後會形成偏心結構，而這種偏心結構可以在低溫時捕獲載流子，降低自由載流子的濃度，而到了高溫後再將載流子釋放。該方法將載流子的捕獲和釋放交由晶格畸變來實作，使其成為材料的本征特性。

何佳清表示，此項工作的順利完成也少不了校外專家的幫助。其中，武漢大學陳誌權教授的正電子湮滅技術讓團隊更深入地了解到鉛空位濃度和形態的變化；中科院物理所翁宇翔研究員在瞬態光譜方面的研究也針對晶體結構對載流子動力學的影響進行了更細致的解釋。

打破材料局限，永葆創新活力

林君浩團隊與合作者共同攻克了二維全有機鈣鈦礦結構難以穩定的瓶頸，在傳統ABX3鈣鈦礦結構基礎上引入額外的E位NH4+陽離子，形成ABX2的化學計量，並利用範德華間隙容納更大的有機陽離子，成功首次合成了多種二維全有機鈣鈦礦晶體。同時，他們利用超低電子劑量的冷凍透射電鏡技術，在約1.1個電子每平方埃的超低劑量下，實作了對這些有機晶體的近原子級結構表征。該材料具有層狀結構，有望作為柔性2D電子器件中的介電層。相關實驗表明，其介電效能優於許多現有的2D介電材料。這一成果為未來開發新型全有機二維鈣鈦礦材料奠定基礎，並為柔性電子器件的發展提供了新的思路。

此項研究主要取得了兩項重大突破。首先，研究人員首次合成了二維全有機鈣鈦礦晶體，拓展了鈣鈦礦材料領域，為未來開發新型全有機二維鈣鈦礦材料奠定了基礎。其次，基於對該類材料的精細表征，團隊開辟了生物冷凍電鏡技術用於化學有機材料有機基團表征的新領域。

林君浩介紹道：「據我們所知，這是迄今為止高分辨低劑量成像技術的最佳記錄。此前即使是最敏感的有機金屬框架，其劑量耐受度也超過10個電子/平方埃，而有機和無機混成晶體在冷凍條件下的劑量耐受度接近50個電子/平方埃。」研究團隊將高分辨低劑量成像技術拓展到了全有機晶體領域，為這類更加敏感的有機材料結構表征提供了很好的範例。

術業專攻，工作搭檔

兩位教授不僅在科研成果上同步開花，在日常的行政管理工作中也是默契搭檔。何佳清自2018年起擔任理學院黨委書記，2015年起擔任物理系系主任；林君浩自2018年起擔任物理系黨總支書記，2021年物理系黨委成立後，繼續擔任物理系黨委書記，並兼任物理系行政副主任一職。他們在教學科研、人才培養、思想文化建設等各項龐雜的工作中，相互扶持，合力應對困難，不斷完善系內規章制度，為物理系的穩步發展做出了巨大貢獻。同時，兩位教授也是南科大「雙帶頭人」及「雙肩挑」培養的典型。

何佳清認為，無論是科研工作還是行政管理工作，都應該用實際行動去詮釋奮鬥進取的價值追求。作為系主任，不僅要在學術上帶頭，更要腳踏實地，紮根基層，協調各方力量，為院系做好統籌工作，努力為師生排除工作和學習道路上的「後顧之憂」，讓他們能一心一意做學問，而面對自己肩頭的擔子，他始終甘之如飴。無論大小事務，何佳清都率先垂範，以身作則，帶領物理系突破瓶頸，把握機遇，取得豐碩成果。

林君浩作為物理系黨委書記，一路引領物理系黨組織發展壯大，培養出了一批批優秀的師生黨員。同時，他也始終堅持以黨建引領各項工作，為院系發展註入堅實的政治思想根基，打造穩步發展的「強引擎」。「胸懷天下」是林君浩一直珍藏的箴言，他時刻提醒自己不僅要追求科學真理，更要服務好廣大師生，聆聽師生聲音，讓物理系的發展更具「溫度」和「厚度」。

潛心育人，桃李芬芳

何佳清對待科研認真嚴謹的態度對其課題組成員影響頗深，他常常提醒學生，要沈下心來做科研，不能光做材料效能，更要深入研究其機理，弄懂每一個問題。賈寶海作為此次論文的第一作者，回想起工作剛開始時，一直苦惱於沒有清晰的思路。「何老師建議我要敢於嘗試和別人不一樣的方法，追求自己的特色，有時候要反其道而行之。後來，我們在大量的實驗中逐漸摸索出來了碲化鉛材料中鉛空位對材料效能的顯著影響，它在p型和n型材料中的作用是相反的。在n型材料中要減少鉛空位以增強材料電效能，而在p型材料中要增加其濃度來降低熱導率，同時再輔以其他手段實作材料效能的最佳化。這樣一來，思路開啟了，實驗就順利了很多。」

同時，何佳清團隊在熱電材料制備方面（單晶、多晶、薄膜）經驗豐富，裝置齊全，擁有完備的效能表征手段，能夠實作足不出戶就完成基本的材料制備和表征工作，這使他們能夠順利開展研究。賈寶海認為高品質成果產出離不開科研環境的支持，此次的成果得益於何佳清教授的指導、組內豐富的科研資源以及團隊間的鼎力相助。

何佳清課題組

在學生眼中，林君浩是一位嚴謹治學、勤奮刻苦、充滿熱情的導師，常在組會上帶領學生精讀文獻，深入剖析數據背後的邏輯。組裏的成員都有自己獨立負責的課題，林君浩密切關註每一個學生的科研進展，把關每一個實驗細節，手把手指導實驗方案。此外，對於實驗裝置搭建和實驗室管理的大小事務，他也親力親為，帶領學生共同維護實驗室大小型科研裝置的高效執行，為科研工作提供堅實的後盾。

王剛是林君浩在南科大帶的第一批學生，作為論文的共同第一作者，他的任務主要是利用冷凍透射電鏡研究二維全有機鈣鈦礦的實空間結構。然而，純有機晶體的高分辨透射表征極具挑戰性，面對接踵而來的困難，他曾一度陷入了自我懷疑中。「還好在林老師的悉心指導下，我們逐一擊破難點，開發了有機晶體材料的冷凍制樣技術和超低電子劑量的冷凍成像方法。在約1.1個電子/平方埃的超低劑量下，我們實作了二維全有機鈣鈦礦的近原子級直接成像。」王剛還提到，在此次長達四年的科研攻關中，他深刻體會到「持之以恒，方得始終」的真諦，這也是他從導師身上學習到的寶貴精神。

林君浩課題組

「頂刊」之路，一路繁花

目前，何佳清主要致力於透射電子顯微學、熱電材料和結構與物理效能關聯性等領域的研究，並取得了系列重大突破。加入南科大以來，他以通訊作者身份發表了5篇Science，以主要作者合作發表了3篇Science和3篇Nature。在未來，何佳清團隊將進行更深刻、更全面的機理研究，借助高品質單晶材料和先進的表征手段，對熱電材料的電子和聲子進行深入探索，為實作電聲解耦調控提供更有效的方法。

林君浩的主要研究方向包括透射電子顯微表征新方法與新技術的發展，極端條件下原子分辨原位表征，低維量子材料的量子物性精確測量等，並以通訊作者身份發表了3篇Nature和1篇Science，以主要作者合作發表了1篇Nature。林君浩表示，其團隊計劃進行先進表征儀器的源頭研發，比如發展近液氦溫度的高穩定性透射電鏡裝置，用於觀測低溫物理現象，解決目前量子材料中的重要科學問題。

在眾多優秀教授的帶動下，經過13年的沈澱，物理系湧現出了越來越多的高品質成果。截止目前，物理系已在Nature/Science期刊上發表論文30篇，其中物理系作為第一或者通訊單位發表了15篇。特別是在今年短短四個月時間，物理系已經發表了1篇Nature、2篇Science，在國際頂刊上接二連三的好成績，彰顯出其優秀的科研能力。物理系也將繼續堅持面向世界科技前沿，為推動科技發展貢獻更多力量。

加入經管之家大家庭

讓學習成為每天生活的必須！

JG
學術培訓

學術培訓拓荒者。聯合海峽兩岸名師，以論文寫作為核心方向展開學術培訓。十年培養數萬師生，百余課程掃碼了解！

名師精品課程
不止於經管

AI
系列直播課