近日，我校物质科学学院刘莎研究员与与南华大学李振业教授、赖寒健教授团队合作，在调控厚膜有机太阳能电池性能方面取得进展，相关成果以“Spin-manipulation via novel MoPS3 nanocrystal for high-performance thick-film organic solar cells”为题发表在《Nature Communications》(IF 16.6)期刊。刘莎研究员为本论文的共同通讯作者。 研究背景 有机太阳能电池（OSCs）因其轻量化、柔性化和低成本溶液加工特性，被视为下一代大面积光伏技术的重要方向。然而，厚膜（≥300 nm）有机太阳能电池在实现高功率转换效率时仍面临重大挑战：激子扩散长度有限，单重态激子寿命短，导致非辐射复合严重，同时载流子迁移率下降，填充因子和光电流损失明显。这一厚度与性能权衡问题，长期制约了有机太阳能电池的工业化大面积制备。 研究成果 该工作创新性地设计并制备了二维磁性 MoPS3 纳米晶体，通过溶剂辅助超声剥离得到高质量纳米晶体，并将其作为功能性添加剂掺入厚膜 OSCs 活性层。通过巧妙的材料工程，这些纳米晶体能够在活性层内部形成微弱内在磁场，并利用重金属 Mo 的自旋轨道耦合（SOC）效应，有效促进单重态（S1）向三重态（T1）的跃迁（ISC）。这一机制如同精细的“自旋开关”，显著延长了激子寿命和扩散长度，同时重新排列三重态与电荷转移态能量，抑制非辐射复合损失。研究团队通过瞬态吸收光谱（TA）、电子顺磁共振（EPR）、光致发光寿命（TRPL）等高精度表征，直接证实了 MoPS3 纳米晶体促进三重态生成和 ISC 加速的效果。实验表明，掺杂 MoPS3 后的 D18-Cl:L8-BO 厚膜 OSCs 激子扩散长度显著增加，载流子迁移率保持高且平衡，激子分离效率进一步提升。同时MoPS3 纳米晶体通过 S···Cl 和 Mo–O 定向协调作用，引导 D18-Cl 和 L8-BO 分子形成更加有序的 π-π 堆积和晶格排列，PiFM 与 GIWAXS 测试显示活性层纤维网络更均匀、细化，载流子陷阱和非辐射复合显著减少。 基于这一策略，实验室制备的厚膜 OSCs 取得卓越性能：100 nm 活性层 PCE 达 20.37%，300 nm 厚膜仍保持 19.36%（经认证为 19.13%），创造了厚膜有机太阳能电池的最高纪录。进一步验证了方法的通用性，在 D18:L8-BO 和 PM6:Y6 系统中，厚膜 PCE 轻微下降，展现了极佳的厚度耐受性与可扩展性。 这项工作不仅揭示了磁性纳米晶体在厚膜 OSCs 中延长激子扩散、抑制非辐射复合的内在机制，也为理性设计高性能、厚膜耐受的有机光伏材料提供了全新的理论基础和分子工具。该研究成果将有力推动有机光伏技术向高效、稳定、可产业化方向迈进，为可印刷大面积光伏器件的商业化应用奠定坚实基础。 刘莎课题组招聘 课题组长期招聘博士后研究人员，待遇从优，欢迎有志加盟的青年才俊发送邮件至shaliu@gbu.edu.cn ，进行进一步的沟通交流。

钙钛矿太阳能电池被誉为下一代光伏技术的“希望之星”，但其长期工作稳定性不足始终是商业化应用的最大障碍。在三维钙钛矿中引入低维结构是提升稳定性的有效策略，然而，如何从分子层面精准操控这些低维结构的“维度”，使其既能高效保护三维结构，又不阻碍电荷传输，是领域内的核心科学难题。 针对这一挑战，大湾区大学陈虎研究员团队与深圳职业技术大学胡汉林教授、上海交通大学陈昊教授、新加坡国立大学侯毅教授、萨里大学张伟教授等国内外多个顶尖课题组紧密合作，从配体分子的源头设计出发，取得了关键性突破。 陈虎研究员团队创新性地设计并合成了一系列具有不同链长和末端官能团的新型双咪唑鎓盐配体。通过巧妙的分子工程，这些配体如同精细的“化学开关”，能够精准地引导钙钛矿晶体生长，实现了从零维（0D）分子晶体、到平行一维（1D）链、再到独特的“桥接”一维（1D）网络结构的逐级精准调控。 研究通过高精度的单晶X射线衍射技术，成功解析了所有新合成配体与碘化铅形成的低维钙钛矿单晶结构，从原子层面直接证实了配体结构与最终钙钛矿维度之间的明确构效关系。 特别是设计出的一种具有更长间隔基团的“桥接”一维结构，不仅显著增强了钙钛矿框架的稳定性，其高度择优的晶体取向更为电荷的高效垂直输运开辟了“高速公路”。这种创新的1D/3D杂化结构大幅提升了薄膜质量，缺陷态密度显著下降，最终协同实现了器件性能的飞跃：实验室制备的钙钛矿太阳能电池光电转换效率达到27.21%（经国家光伏中心认证为27.02%）。 该策略还成功拓展至大面积组件制备，30×30 cm²的钙钛矿组件获得了21.41% 的冠军效率。此外，在严苛的长期稳定性测试中，未封装的优化器件在60°C高温下连续光照2000小时，仍能保持初始效率的94.3%，展现出卓越的实际应用潜力。 此项工作不仅揭示了配体分子结构与低维钙钛矿维度之间的内在调控规律，为理性设计高效稳定钙钛矿材料提供了全新的理论基础和分子工具，该研究成果有力推动了钙钛矿光伏技术向高效、稳定、可产业化的方向迈进。 陈虎课题组招聘 陈虎研究员为该论文的共同通讯作者，承担了论文关键材料的设计与合成的主要工作。 陈虎研究员博士毕业于北京大学，入选国家教育部海外高层次青年人才引才计划、广东省珠江学者、东莞市特色人才、莞邑人才等人才项目，在牛津大学、阿卜杜拉国王科技大学留学多年，在专业期刊上发表论文60多篇。课题组经费充足，资源丰富，现面向海内外公开诚聘客座研究生、研究助理、博士后研究人员，表现优异者可推荐去海外一流高校的课题组继续深造。有志加盟的青年才俊可发送邮件至chenhu@gbu.edu.cn 进行进一步的沟通交流（课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/hu/）。 论文标题与链接 《Dimensional control of low-dimensional perovskite hybrids for photovoltaics》

近日，我校物质科学学院陈辰研究员与哈尔滨工业大学（深圳）张倩教授、香港大学陈粤副教授合作，在调控离子键化合物的热电性能方面取得进展，相关成果以“Chemical bonding manipulation unlocks high performance ionic-bonded thermoelectrics”为题，发表于学术期刊Nature Communications。陈辰研究员为本论文的共同通讯作者。 研究背景 具有强离子性和显著电子局域化特征的离子键化合物通常具有宽带隙和强光学声子散射，导致载流子浓度和迁移率受限，从而表现出较差的电输运性能。传统的载流子调控等手段很难实现这类材料热电性能的优化。 研究成果 本研究以离子键化合物碲化锰（MnTe）为研究对象，通过引入化学键调控策略调节电子分布并引入多尺度声子散射中心，在提升电输运性能的同时有效抑制晶格热导率。在电输运方面，成功解耦了载流子浓度、迁移率和有效质量之间的耦合关系，实现多参数协同优化，从而显著提高功率因子。在热输运方面，随着键长增加引起的晶格软化以及多级缺陷结构的构建，有效降低了声子群速度并增强了全谱声子散射，实现了极低的晶格热导率。基于上述协同调控，材料的热电性能得到了显著提升。基于此材料构建的分段器件在473 K温差下实现了约11%的热电转换效率，可以媲美部分经典的IV-VI族热电材料。这一结果表明了化学键调控策略在离子键体系中的有效性，为优化此类材料并推动其在温差发电中的应用提供了新的思路。

近日，大湾区大学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、美国加州大学圣巴巴拉分校Kavli理论物理研究所张嘉鑫博士、美国科罗拉多大学Boulder分校Lukas Homeier博士、美国加州州立大学Donna Sheng教授、清华大学高等研究院翁征宇教授合作，在掺杂莫特反铁磁体的研究中取得有趣的新进展。 研究团队利用大规模高精度的密度矩阵重正化群数值计算方法，系统研究了近期在Rydberg量子模拟器平台上实现的玻色型t-J模型，预言了六种不同的量子物相，其中多个物相超越了传统的玻色系统超流范式。研究进一步提出了具体的实验方案，可在Rydberg原子阵列中实现对跃迁符号的有效调控，并明确了模型参数与实验可实现区域的对应关系。该工作揭示了掺杂莫特反铁磁体中相互竞争与交织的有序量子态，这些现象背后的物理过程与高温超导机制中的核心问题密切相关，充分反映了空穴与自旋背景之间复杂的阻挫相互作用。相关成果为未来基于Rydberg阵列的量子模拟实验奠定了一定的理论基础。 相关成果以“CompetingIntertwined Orders in Boson-Doped Mott Antiferromagnets”为题，发表于学术期刊Physical Review Letters。龚寿书教授得到了国家自然科学基金（项目批准号：12534009、12274014）、广东省量子科学战略计划（项目批准号：GDZX2501006）、广东省普通高校重点领域专项（项目批准号：2023ZDZX3054）以及东莞市先进材料人工智能设计重点实验室的资助。计算工作得到了大湾区大学松山湖高性能计算中心的支持。 研究背景 建立对掺杂反铁磁莫特绝缘体的全面理解，是现代凝聚态物理的核心挑战之一，并与非常规超导体的微观机理研究密切相关。作为描述此类体系核心物理的基本理论框架，费米型t-J模型在过去的三十年间得到了广泛而深入的研究。通过大规模无偏差数值模拟，人们在正方晶格费米型t-J模型的研究中取得了显著进展。尽管部分结论仍然存在争议，但目前已形成较为广泛的共识，即次近邻跃迁 t' 在超导的形成中起着关键作用。 与数值研究并行发展的是，基于光晶格和Rydberg 原子阵列的冷原子量子模拟器已成为探索掺杂莫特反铁磁体的重要平台。近期，具有反铁磁相互作用的玻色型 t-J 模型在包含三个高激发原子态的 Rydberg 原子阵列平台中被提出并成功实现。在该体系中，原子间的偶极-偶极相互作用与范德瓦尔斯相互作用自然映射为包含硬核玻色子空穴掺杂和反铁磁相互作用的t-t'-J模型。此外，研究者还在多种替代体系中探索了该模型的实现途径，例如具有自旋依赖相互作用的 Bose-Hubbard 体系、交错外场体系以及负温度态等。 值得关注的是，尽管玻色子与费米子在统计性质上存在根本差异，玻色型t-J模型在物理行为上与费米型体系仍表现出高度相似性，包括超导态和条纹有序态的形成。然而，当前基于Rydberg原子阵列的实验实现仍局限于t' > 0的参数区域，这在很大程度上限制了对全局量子相图的系统探索，特别是对不同参数区域中相互竞争与交织的量子有序态的深入研究。 研究成果 为克服当前实验实现所面临的局限与挑战，合作小组利用大规模密度矩阵重正化群方法，对正方晶格上的玻色型 t-t'-J 模型进行了系统深入的研究，揭示了一系列丰富的非常规量子相。这些物相的性质显著偏离了传统公度动量凝聚的简单超流范式，其中包括具有空间调制配对结构的配对密度波相（PDW）、同时缺乏单空穴与空穴对相位相干性的无序配对密度波相（dPDW），以及一种具有涌现非公度动量凝聚与巡游磁性的奇异超流相（SF*+IM）。值得注意的是，在t'/t > 0的参数区间，观测到一种相分离现象：空穴趋于聚集并形成铁磁畴区，与未掺杂的反铁磁区域交替分布，这一现象与当前 Rydberg 实验中观测到的行为高度吻合。进一步，提出了一个基于 Rydberg 原子阵列的实现方案，可在掺杂莫特反铁磁体中同时实现 t' > 0 和 t' < 0 两种参数区间的量子模拟，为 Rydberg 原子阵列平台上的相关实验探索奠定了理论基础。   相图与Rydberg实验方案 (a) 准一维4腿格子上玻色型 t-t'-J 模型的基态相图。在-0.3 ≤ t'/t ≤ 0.3和1/24 ≤ δ ≤ 1/3 的参数范围内，我们识别出以下量子相：在t' ≥ 0 一侧，存在相分离（PS）和超流与面内铁磁共存的 SF+xy-FM 相；在t'≤ 0 一侧，存在超流与反铁磁共存的 SF+AFM 相，以及非公度超流与巡游磁性共存的 SF*+IM 相；在 SF+AFM 相与 SF*+IM 相之间，夹有配对密度波与反铁磁共存的 PDW+AFM 相及其 dPDW+AFM 相；在δ = 1/4 的特殊掺杂下，则出现键序波（BOW）相。图中符号标记了具体的计算参数点。 (b) 硬核玻色型空穴掺杂的 t-t'-J模型可通过三个Rydberg能级来实现。隧穿项源于|S ⟩ 态与|P⟩ 态之间的偶极-偶极交换相互作用。在不影响自旋相互作用的前提下，我们可以自由选择|P⟩ 态（空占态）的磁能级，通过规范变换实现隧穿系数t'/t两种符号的调控。

近日，大湾区大学物质科学学院奚修安课题组与深圳大学骆静利教授合作，在固体氧化物电解电池（SOEC）钙钛矿阴极材料方面取得新进展。研究团队提出了一种通过B位Ga掺杂调控Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ (SFM) 材料B-O共价杂化和自旋态的设计策略，有效抑制了Sr偏析并显著提升了CO2电解性能。相关研究成果以“A Design Paradigm for Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ Cathodes in SOECs: Tailoring B-O Covalent HybridizationSpin State Regulations for High Performance CO2 Electrolysis”为题发表在国际权威期刊Advanced Functional Materials上。 大湾区大学物质科学学院为第一通讯单位。论文第一作者为大湾区大学-南方科技大学联培研究生席勇；通讯作者为大湾区大学奚修安研究员、深圳大学骆静利教授和大湾区大学-清华大学联培博士后程俊。 研究背景及成果介绍 固体氧化物电解池（SOEC）因其高能效和与可再生能源的良好兼容性，被认为是实现碳循环经济和减少温室气体排放的关键技术。然而，阴极的催化活性不足和长期稳定性差是制约SOEC实际应用的主要瓶颈。Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ（SFM）因其优异的混合离子-电子导电性而备受关注，但其在CO2电解中的性能受到A位Sr偏析和催化活性不足的限制。因此，开发兼具高活性和高稳定性的新型阴极材料至关重要。 该研究提出了一种通过B位Ga掺杂调控SFM电子结构与自旋态的设计策略。Ga的引入有效降低了B-O键能，促进了氧空位的形成，同时抑制了高温下Mo的挥发和Sr的偏析。实验与理论计算表明，Ga掺杂增强了Fe-3d与O-2p的轨道杂化，使Fe和O的能带中心向费米能级移动，显著提升了材料的电子和氧离子电导率。更重要的是，⁵⁷Fe Mössbauer谱显示，Ga掺杂将高自旋Fe⁴⁺的比例从15.97%提升至36.57%，优化了Fe eg轨道的电子占据，接近CO2还原反应的最佳理论值（≈1.2），从而增强了对CO2中间体的吸附与活化能力。 电化学测试表明，采用SFMGa阴极的单电池在800 °C、1.5 V下电流密度达到2.11 A·cm-2，较未掺杂SFM提升了41%；在0.8 A·cm⁻²下稳定运行超过220小时，表现出优异的长期稳定性。该研究为高性能SOEC阴极材料的理性设计提供了新的范式，即通过B位阳离子掺杂同时调控局域电子构型与自旋态，为开发高效、稳定的钙钛矿阴极材料开辟了新路径。          Ga掺杂优化SFM阴极的Fe-O共价杂化和Fe自旋态提升CO2电解性能