近日，大湾区大学（筹）物质科学学院盛洁明团队通过与浙江大学物理学院关联物质研究中心汪臻涛研究员团队、南方科技大学物理系吴留锁副教授团队、梅佳伟副教授团队、中国人民大学物理学院于伟强教授、澳大利亚核子科学与技术组织（ANSTO）于德洪教授等国内外学者合作，在三角晶格自旋阻挫量子磁性材料Na₂BaNi(PO₄)₂中取得了重要突破，首次直接观测到双磁振子束缚态的玻色-爱因斯坦凝聚。相关研究成果以“Bose-Einstein condensation of a two-magnon bound state in a spin-one triangular lattice”为题，于北京时间2025年1月20日发表在国际顶尖学术期刊《Nature Materials》上。   基于费米子配对凝聚形成的超导体是凝聚态物理的重要研究对象。因此，研究量子材料中准粒子的配对行为以及准粒子对相干而产生的相变，是理解包括超导等宏观量子现象机理的重要基石。与费米子类似，量子材料中自旋的集体激发—自旋波（磁振子）作为玻色子，也可以在温度、磁场等调控手段下发生凝聚相变而产生全新的物态。理论上，双磁振子（two-magnon bound state）配对后，作为一类全新的玻色子集体激发，在量子材料中会与常规的单磁振子共存，并在特定条件下比单磁振子更早地发生凝聚相变，从而产生自旋向列序这一类“隐藏序”。然而，无论是双磁振子凝聚相变，还是自旋向列序，迄今没有直接的实验证据发现它们存在于已知凝聚态体系中。 Figure 1: 计算（实线与虚线）与实验测量（空心符号）得到的单磁振子与双磁振子束缚态激发能量。 在这项研究中，盛洁明课题组通过与吴留锁、梅佳伟、于德洪教授团队合作首先进行了自旋S=1三角晶格材料Na₂BaNi(PO₄)₂ 极低温热力学与中子散射的研究。基于实验得到的相图与中子散射数据，汪臻涛课题组建立了相关的微观模型，并定量预言了双磁子束缚态在不同磁场下的能量变化（图1蓝色虚线）。但是，由于选择定则的存在，双磁振子束缚态在常规的中子散射实验中无法被直接观测到。因此，汪臻涛课题组提出了转角测电子自旋共振（ESR）的方案以克服选择定则。在合肥稳态强磁场中心童伟、张志涛、马龙研究员的支持下，盛洁明和吴留锁团队通过ESR实验，发现双磁振子束缚态精确地落在理论预测的能量上（图1空心圆）；其随磁场的改变严格按照理论预言，外推至饱和场量子相变点。由于ESR实验温度限制在2K之上（零下271摄氏度），ESR实验所能达到的最低能量约为0.37meV，未能完美证明实验材料中双磁振子束缚态的能量先于单磁振子发生凝聚。因此，在人民大学于伟强教授团队的支持下，通过极低温（低至30mK）核磁共振实验（图1空心三角），盛洁明和吴留锁团队确认了双磁振子束缚态确实在更低能量下仍然按理论预期发生玻色－爱因斯坦凝聚。这一发现预示着玻色子配对的自旋向列序在该体系的饱和磁场之下存在，为探索新型量子态和复杂相变机制提供了全新视角。   本论文的第一作者为盛洁明博士，现任大湾区大学物质科学学院助理教授。南方科技大学吴留锁副教授、梅佳伟副教授，中国人民大学于伟强教授，澳大利亚核子科学与技术组织于德洪教授，浙江大学汪臻涛研究员为论文的共同通讯作者。  此外，该研究得到了多家国际顶尖科研机构的大力支持。其中，中子散射实验得益于澳大利亚核子科学与技术组织（ANSTO）于德洪教授、Richard Mole博士，美国橡树岭国家实验室散裂中子源（SNS）Andrey Podlesnyak 博士、叶峰博士提供的支持。华中科技大学脉冲强磁场中心的欧阳钟文教授，以及合肥稳态强磁场中心的童伟研究员、马龙副研究员、张志涛副研究员为低温强磁场下的电子自旋共振实验提供了重要数据；中国人民大学于伟强教授开展的极低温核磁共振实验进一步验证了研究结果的可靠性。   本研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02071-z

近日，大湾区大学（筹）物质科学学院苏强课题组与南方科技大学陈树明教授合作，在量子点发光二极管（QLED）的电子输运机理方面，取得新进展。相关成果以 “Tracing the electron transport behavior in quantum-dot light-emitting diodes via single photon counting technique” 为题发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。苏强助理教授为第一作者，陈树明教授为通讯作者。大湾区大学（筹）物质科学学院为论文第二完成单位。该研究得到国家自然科学基金、深圳市基础研究项目等的资助。 研究背景 作为一种电光转换器件，QLED消耗电子并将其转化为光子。如果所有注入QLED的电子都在量子点内被转化为光子，则可以实现100%的量子转换效率。然而，并非注入的所有电子都能转换为光子，这些未在量子内复合并辐射光子的电子被称为泄漏电子，它们将能量最终以焦耳热的形式耗散，降低了器件的效率和寿命。泄漏电子为何不能在量子点内部复合？它们在QLED内部究竟是如何输运的？这些基本问题目前尚不清楚，限制了QLED性能的提升。俗话说水过留痕，雁过留声，泄漏电子经过的路径，一定会留下一点蛛丝马迹，如泄漏电子经过载流子传输层时，可能会在载流子传输层上复合，产生微弱的荧光信号。通过监测不同功能层产生的荧光信号，可以反过来追踪泄漏电子的输运路径。但是，由于泄漏电子产生的荧光信号极其微弱，目前的表征手段和测量方法并不能准确的捕捉到这些极弱的信号。 研究成果 鉴于此，本项工作开发了一套基于EL-PL联合测试技术和SPC技术的新型表征方法。EL-PL联合测试技术（图1），可监测加电状态工况条件下量子点的本质发光，并可表征泄漏电子对QLED性能的影响；而SPC技术（图2），可追踪到非常微弱的、由泄漏电子产生的荧光信号。最终，该研究成功追踪到泄漏电子的输运行为，并精确地描绘出了QLED内的电子在不同驱动电压下的输运路径（图3）。结果表明，QLED在小电流和大电流驱动条件下，电子向传输层泄漏，以及发生界面复合泄漏，均是造成QLED性能衰减的重要因素。本项研究对电子输运行为的明确揭示不仅加深了研究者对QLED工作机制的理解，也为长寿命、低功耗、高亮度QLED的实现提供了新的思路。 图1. QLED中EL-PL联合测试原理和结果 图2. 基于SPC技术的弱光探测系统原理图以及利用SPC技术追踪电子向TFB的泄漏 图3. QLED中的电子输运路径

近日，大湾区大学（筹）物质科学学院龚寿书教授与北京航空航天大学博士研究生卢欣、西湖大学朱伟教授、美国加州州立大学陈峰博士、Donna Sheng教授合作，通过大尺度精确数值计算研究了对应于铜氧化物空穴掺杂的t-J模型。研究发现随着体系尺寸的增大，竞争的电荷密度波会被抑制，而同时出现d波超导准长程序。该结果表明t-J模型可定性解释铜氧化物超导体在空穴掺杂时出现的d波超导相，为后续研究提供了更坚实的基础。 相关成果以“Emergent SuperconductivityCompeting Charge Orders in Hole-Doped Square-Lattice t-J Model”为题，发表于学术期刊Physical Review Letters。龚寿书得到了国家自然基金委面上项目（No. 12274014）和重点项目（No. 11834014）的资助，也得到了东莞市先进材料人工智能设计重点实验室的支持。 研究背景 自从1986年穆勒和柏诺兹发现铜氧化物高温超导体以来，铜氧化物超导出现的物理机制（即电子配对的机制）一直是凝聚态物理研究的重大科学问题。在传统超导体中，电子和声子的耦合可以实现电子之间的有效吸引相互作用，使费米面附近的电子形成束缚态，即所谓的库伯对。在高温超导体中，电子-声子相互作用的配对机制无法解释相应实验现象，需要人们基于掺杂的莫特绝缘体建立新的电子配对机制。在理论研究中，铜氧化物超导体通常使用Hubbard模型或其有效的t-J模型来描述。人们基于这些模型探索高温超导已有30来年，但是这类模型能否实现d波超导态还没有确定结论。究其原因，一个主要的困难是传统方法研究二维关联电子体系的局限性。 近年来，数值计算在超导理论研究中发挥了越来越重要的作用。通过大量数值研究，人们在简单Hubbard模型和t-J模型中观察到了电荷密度波，但是没有发现超导存在的证据。而后，斯坦福大学姜红臣教授与其合作者通过密度矩阵重整化群计算发现次近邻电子跃迁可以帮助得到准一维超导态，同时具有电荷密度波和超导准长程序。这个结果为寻找二维体系中的d波超导态提供了重要线索。然而，沿着这个思路深入研究存在很大挑战，因为密度矩阵重整化群方法的计算难度随着体系宽度指数增长，对于研究更大尺寸的体系具有很大难度。 在两年前的研究中，我们通过优化计算方法在更大尺寸上研究了对应于铜氧化物电子型掺杂的t-J模型（次近邻电子跃迁t2 > 0），发现随着t2的增大电荷密度波会被抑制而得到稳定的d波超导准长程序 [Phys. Rev. Lett. 127, 097003 (2021)]。特别重要的是，我们发现随着体系宽度的增加，超导准长程序会增强，而电荷密度波序会快速衰减，表明在二维极限下体系很可能形成真正的超导长程序。这为理解铜氧化物电子型掺杂时出现的超导相提供了理论基础。但是，对于更受关注的空穴型掺杂，之前的数值计算大都指向电荷密度波而没有发现超导，这和铜氧化物超导体的实验相图截然不同，对基于t-J模型理解铜氧化物超导提出了很大挑战。 研究成果 为了深入探究这个问题，物质科学学院龚寿书教授与北京航空航天大学博士研究生卢欣、西湖大学朱伟教授、美国加州州立大学陈峰博士、Donna Sheng教授合作，通过大尺度精确数值计算研究了对应于铜氧化物空穴型掺杂的t-J模型（次近邻电子跃迁t2 < 0）。在宽度6的体系上，我们发现虽然在1/8掺杂附近体系确实是电荷密度波，但是在更小掺杂浓度下是存在d波超导准长程序的。针对最受关注的1/8掺杂浓度，我们研究了更大的尺寸体系，发现随着体系尺寸的增大电荷密度波会被抑制，同时超导准长程序会出现。综合这些计算结果，t-J模型可以同时定性解释铜氧化物超导体在电子掺杂和空穴掺杂出现的d波超导相，为后续研究提供了更坚实的基础。 t-J模型在宽度6体系上的相图。在掺杂浓度较小时1/24 - 1/36，体系存在超导准长程序。(b) t-J模型在宽度8，掺杂浓度1/8体系上的相图。在具有一定次近邻电子跃迁项(t2)时，体系都会进入d波超导相。  论文链接 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.066002

  近日，大湾区大学左小伟课题组联合中国科学院金属研究所、福建福耀科技大学等单位，在难熔多主元合金晶体缺陷诱导元素偏聚及局域化学有序调控机制研究方面取得新进展。相关成果以“Defect-mediated elemental segregation and local chemical ordering in TiZrNbTaV multi-principal element alloys”为题，发表于金属材料领域国际重要期刊 Acta Materialia（IF=10.7）。 大湾区大学物质科学学院、东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室及大湾区高等研究院为论文第一通讯单位。大湾区大学孟智超博士、大湾区大学与中山大学联合培养博士研究生李政为共同第一作者；大湾区大学左小伟副教授、中国科学院金属研究所王皞研究员和福建福耀科技大学蒋建中教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金第76批面上资助和第19批特别资助、广东省基础与应用基础研究基金、松山湖材料实验室开放课题及辽宁省科学技术重大专项等项目支持。   研究背景 体心立方结构多主元合金（body-centered cubic multi-principal element alloys，BCC MPEAs）具有较高的比强度、优异的高温稳定性和广阔的成分设计空间，是高温结构材料和轻质高强金属材料的重要候选体系。然而，这类合金的进一步设计与应用仍面临两个关键科学问题：一是局域化学有序（local chemical ordering，LCO）的形成机制尚未完全明确；二是晶界、位错和点缺陷等晶体缺陷如何影响元素偏聚及LCO形成，仍缺乏系统的定量认识。已有研究通常将元素之间的化学亲和力视为LCO形成的主要驱动力，但晶体缺陷会改变局部原子排列、应力状态和化学环境，并可能诱导特定元素优先占据缺陷位置。由此产生的缺陷诱导元素偏聚，可能进一步改变LCO的形核位置、空间分布和结构稳定性。 对于轻质TiZrNbTaV系BCC多主元合金，团队前期研究已经证实，Ta与V之间的强化学亲和作用能够驱动富Ta-V LCO形成，并通过调控LCO形貌实现强度与塑性的协同提升。然而，Zr在不同晶体缺陷处是否具有普遍的偏聚倾向，其偏聚行为如何影响Ta-V LCO，以及不同缺陷是否具有差异化的调控作用，仍有待深入研究。 团队前期已建立Ti-Zr基BCC多主元合金的可解释机器学习强塑性预测模型，实现了高性能合金成分的快速筛选与实验验证(Journal of Materials Science & Technology, 256 (2026) 178-192)；随后揭示了串状和团簇状富Ta-V LCO与位错之间不同的作用机制，阐明了团簇状LCO促进强塑性协同的微观本质(Acta Materialia, 307 (2026) 121960)。在此基础上，团队进一步揭示了不同类型晶界中Zr偏聚对C15-like LCO形成的调控作用(Materials Research Letters, DOI: 10.1080/21663831.2026.2683476)。 本研究将研究范围由晶界进一步拓展至位错和点缺陷，结合混合蒙特卡洛/分子动力学模拟及STEM、EDS和APT等原子尺度实验表征，系统解析了Zr在三类晶体缺陷处的偏聚行为，以及不同缺陷对Ta-V LCO形成和空间分布的差异化调控机制。 研究成果 1. 揭示Zr偏聚的缺陷普遍性 本研究系统考察了Zr在晶界、位错和点缺陷三类晶体缺陷处的原子分布特征。结果表明，Zr偏聚并非晶界特有现象，而具有明显的缺陷普遍性：无论在晶界、位错还是点缺陷附近，Zr均表现出显著的富集倾向，并且其偏聚程度随合金中V含量增加而增强。这一结果说明，晶体缺陷不仅是结构不完整区域，也是能够重新分配合金元素、改变局部化学环境的重要微观结构。 2. 原子尺度证实Zr偏聚与Ta-V LCO的空间分离 原子尺度模拟与STEM/EDS、APT实验结果相互印证。研究发现，Zr在晶界附近形成了厚度约为2 nm的富集区域，而富Ta-V LCO则主要分布在缺陷核心之外，并与Zr富集区之间保持一定的特征间距。这种空间分离来源于两类化学相互作用的竞争与协同：Ta与V之间具有较强的化学亲和力，倾向于共同富集并形成LCO；Zr与Ta、V之间存在较强的化学排斥作用，使Ta和V不易进入Zr富集的缺陷核心区域。 因此，晶体缺陷通过优先吸引Zr，不仅改变了缺陷附近的成分分布，也进一步重构了Ta-V LCO的形成位置和空间排列。 3. 不同缺陷对LCO表现出差异化调控作用 研究进一步发现，虽然Zr在三类缺陷处均具有偏聚倾向，但不同缺陷对Ta-V LCO的调控方式并不相同。 晶界主要通过改变局部化学组成和结构环境影响LCO形成。其中，特定类型晶界能够促进Ta-V LCO在晶界邻近区域形成，而另一些晶界则表现出抑制作用。 位错主要改变LCO的空间分布，使其在位错附近形成具有特征间距的排列，但不会显著增加LCO的总体数量。 点缺陷由于数量多、空间分布相对均匀，可在更大范围内改变局部化学环境，从而促进Ta-V团簇和LCO结构的形成。 上述结果表明，缺陷对LCO的作用并非简单的“促进”或“抑制”，而是取决于缺陷结构、局部应变场以及元素化学相互作用的共同影响。 4. 建立元素缺陷位点偏好的定量能量判据 为解释不同元素在缺陷附近的分布规律，研究团队对缺陷原子构型进行了置换能谱分析，并建立了元素占据缺陷位点的定量判据。结果表明： Zr具有负的净置换能差，表明Zr原子由基体位置迁移至缺陷位置能够降低体系能量，因此具有向晶界、位错和点缺陷偏聚的倾向； Ta和V具有正的净置换能差，说明其进入缺陷核心会提高体系能量，因此更倾向于分布在缺陷外围，并在适宜位置形成富Ta-V LCO。 这一能量判据从原子尺度解释了Zr在不同缺陷处的普遍偏聚行为，以及Ta-V LCO与缺陷核心之间的空间分离现象。 5. 区分元素偏聚与元素自身团簇化 研究还发现，元素在缺陷处发生偏聚，并不意味着其自身团簇化程度必然同步增强。Zr虽然在晶界、位错和点缺陷附近均表现出明显偏聚，但其Zr-Zr团簇化行为具有显著的缺陷类型依赖性： 在晶界处，Zr自身团簇化程度增强； 在位错和点缺陷附近，Zr自身团簇化受到抑制。 这一结果表明，“元素向缺陷富集”与“元素之间形成团簇”是两个不同的原子尺度过程。前者主要反映元素对缺陷位点的占据偏好，后者则取决于元素之间的相互作用及局部结构环境。 研究意义 本研究从晶界、位错和点缺陷三个层面，系统揭示了TiZrNbTaV多主元合金中缺陷诱导元素偏聚及其对Ta-V LCO的调控机制，建立了“缺陷类型—元素位点偏好—元素偏聚—LCO形成与分布”之间的理论关系。 研究结果表明，晶体缺陷不仅是塑性变形的起点和载体，也能够通过改变局部化学环境调控局域原子有序度。不同缺陷具有不同的元素选择性和LCO调控能力，为利用缺陷工程精准设计LCO的空间分布、数量和形貌提供了新的理论依据。 课题组招聘揽才 本课题组专注于先进金属结构材料研究，聚焦于基础材料科学及机器学习辅助材料设计与开发等前沿领域。 依托物质科学学院，已建成系列先进研究平台： 材料制备与加工平台：激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造系统、原位中子衍射高梯度定向凝固设备、冷坩埚电磁悬浮熔炼炉、高真空非自耗电弧熔炼炉、冷/热双辊轧机。 材料测试与分析平台：维氏硬度计、多物理场（热/电）纳米压痕仪、万能材料试验机、疲劳试验机（配备DIC数字图像相关系统）。 材料计算平台：高性能计算集群及相关模拟软件。 中子科学中心：运用中子衍射/同步辐射等先进手段，从原子与晶格尺度深刻揭示材料强化机制与服役演化规律。 诚邀对上述研究方向感兴趣的博士后、博士生及硕士生加入团队或短期访问开展合作研究，请联系：zuoxw@gbu.edu.cn。

近日，物质科学学院李忠良课题组与南方科技大学刘心元教授团队合作，在美国化学会旗舰期刊《美国化学会志》发表了题为“Copper-Catalyzed Enantioconvergent Radical Deborylative Coupling of Racemic Benzylboronic Esters with AlkynesAlkenylboronic Esters”的研究论文（J. Am. Chem. Soc. 2026, 10.1021/jacs.5c21668）。大湾区大学物质科学学院为第一通讯单位。 李忠良团队研究员高增博士为论文第一作者，中大-湾大联培博士徐东东和南方科技大学范立文为共同第一作者。李忠良副教授和南方科技大学刘心元为本论文的共同通讯作者。 过渡金属催化的消旋烷基卤代烃立体汇聚式交叉偶联反应已成为构建手性分子的重要工具。与之相比，消旋烷基硼酸酯的立体汇聚式脱硼交叉偶联反应报道较少。主要挑战性在于，烷基硼酸酯的转金属过程往往经历双电子协同过程，使得其立体汇聚式转化异常困难。针对这一科学问题，团队开发了一种自由基的策略，实现了铜催化苄基硼酸酯与炔烃、烯基硼酸酯参与的立体汇聚式脱硼C(sp3)–C交叉偶联反应。该策略的成功依赖于两个关键设计因素：自由基攫硼实现了立体汇聚式转化；铜/手性多齿配体催化剂实现了高化学、对映选择性（产率和对映选择性均可高达95%以上）。     该课题得到了国家自然科学基金委、广东省科技厅等资助。 课题组介绍：李忠良，物质科学学院副教授，2023年8月加入大湾区大学，主要研究方向为围绕不对称催化自由基反应。