大湾区大学（筹）物质科学学院赵金奎课题组在中子辐照电池失效机制研究领域取得新进展。相关研究成果以“Unexpected Planar GlidingMicrocracking Induced by Neutron Irradiation in Single-Crystalline LiCoO2 Cathodes”为题，发表在国际知名期刊ACS Energy Letters上。大湾区大学（筹）物质科学学院讲席教授赵金奎、松山湖材料实验室副研究员赵恩岳、中科院物理所于全芝研究员、散裂中子源科学中心梁天骄研究员为本论文共同通讯作者。大湾区大学（筹）为论文通讯单位。 本工作中的相关中子辐照实验在中国散裂中子源（CSNS）大气中子辐照谱仪（ANIS）完成，中子粉末衍射实验在多物理谱仪（MPI）完成，高分辨同步辐射X射线衍射实验在日本同步辐射光源Spring8完成。同时本工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、松山湖大科学装置开放课题和山东省自然科学基金的支持。 研究背景及成果 卫星发射、空间站建设等航空航天工业的发展不仅拓宽了人类对宇宙的认知边界，同时在灾害监测、全球气候变化应对等领域也发挥着不可替代的战略价值。锂离子电池因其优异的能量密度和循环稳定性，已成为航空航天能源系统的核心组件。然而，深空环境中的高能射线与航天器材料作用产生的次级中子辐照，会引发电池材料的原子位移损伤。高能中子可通过弹性/非弹性散射传递足够动量使原子脱离晶格位点，形成空位缺陷与自间隙原子。此外，入射中子还可诱发多级碰撞，产生级联损伤，导致电极材料晶体结构失稳，加速电化学性能失效，最终威胁航天器关键任务的实施。因此，揭示中子辐照下电极材料的多尺度损伤机制，对发展深空抗辐照电池技术具有重要指导意义。 基于此，大湾区大学（筹）物质科学学院赵金奎课题组在国际上率先开展锂离子电池中子辐照失效机制研究。研究表明，中子辐照可诱发钴酸锂正极材料产生微裂纹，并使晶体内部应力显著增加。同时，中子辐照还会诱发锂离子迁移，破坏材料原有的锂亚晶格结构。进一步，原位中子辐照实验表明，中子辐照可加速材料的层间滑移，且这种滑移现象随着锂离子脱/嵌程度的增加而加剧。更为重要的是，研究人员发现材料的辐照损伤程度取决于其单晶粒径-粒径越小，辐照损伤越小。该研究不仅揭示了中子辐照诱导的新型电池失效机制，同时为开发面向极端工况的抗辐照正极材料提供了理论基础。 图1 （a）宇宙射线与航天器相互作用产生的空间辐照效应；(b) 中子辐照诱导晶体结构缺陷的微观损伤机制；(c) 原位中子辐照软包电池测试示意图；(d) 不同荷电状态下辐照电池中钴酸锂正极的结构演变。 图2 （a）不同粒径钴酸锂中子辐照剂量损失（模拟计算结果）；（b, c）未辐照和辐照后三种不同粒径钴酸锂的微观结构变化。 论文链接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c00828

近日，大湾区大学（筹）物质科学学院陈虎研究员团队联合海南大学、冲绳科学技术大学院大学（日本）以及上海交通大学等在国际顶级期刊Energy & Environmental Science（最新影响因子：32.45）发表重要研究成果。团队成功开发出一种基于具备离子/电荷混合传输性能的高分子材料的锌阳极保护层，为新一代锌离子电池的高效稳定储能提供了创新解决方案。这也是首例将离子/电荷混合传输高分子用作锌离子电池保护层的报导。 锌离子电池因安全性高、成本低、环境友好等优势，被视为大规模储能和柔性电子设备的理想选择。然而，锌阳极在循环过程中易产生枝晶生长、析氢反应等问题，严重制约其实际应用。针对这一挑战，研究团队创新性地设计了一种兼具电子与离子混合导电性的聚噻吩高分子涂层（pgBTTT），通过优化侧链结构，该涂层不仅展现出优异的亲锌性，还能构建锌离子专属传输通道，显著抑制枝晶生长和副反应。实验表明，采用pgBTTT涂层的锌对称电池在2 mA cm⁻²电流密度下可稳定循环超过1700小时，极化电压低至30 mV，性能远超传统高分子及无机材料的保护涂层。 研究团队进一步将pgBTTT涂层锌阳极与钒酸铵（NVO）正极匹配，构建的全电池在0.2 A g⁻¹电流密度下展现出528 mAh g⁻¹的高比容量，循环1000次后容量衰减率仅为每循环0.0183%。这一性能指标在国际同类研究中处于领先水平。此外，该技术还通过了高负载（3.75 mg cm⁻²）软包电池测试，能量密度达212.5 Wh kg⁻¹，并展现出优异的循环稳定性，为锌离子电池的实际应用奠定了坚实基础。 陈虎研究员为该论文的最后通讯作者，海南大学张慧教授为论文的第一作者。本项工作也得到了东莞社会发展科技计划、广东省基础与应用基础研究基金、松山湖材料实验室开放研究基金等多个项目的支持。该项研究得到了海南大学、冲绳科学技术大学院大学（日本）以及上海交通大学等合作团队的支持。 陈虎课题组招聘       陈虎研究员入选国家教育部海外高层次青年人才引才计划、广东省海外引才计划、东莞市特色人才、莞邑人才等人才项目，具有多年的海外留学背景，在有机电子学的泰斗-Iain McCulloch教授课题组进行了为期八年的研究，在专业期刊上发布论文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 《Tailored glycol-functionalized mixed-conductive polythiophene coatings enable stable zinc anodes》

有机半导体聚合物因其成本效益高、结构可调性强、溶液加工性好等优势，在场效应晶体管（OFETs）和有机发光二极管（OLEDs）等领域具有广泛的应用前景。然而，长期以来，如何同时实现高电荷载流子迁移率和高发光量子效率一直是该领域的一大挑战。 近日，大湾区大学（筹）物质科学学院陈虎/王明聪团队在（Angewandte Chemie International Edition）上发表了一项重要研究成果。他们设计并成功合成了一种新型的给体-受体共轭聚合物TTIF-BT，该材料在电荷载流子迁移率（μ）和光致发光量子效率（Φ）方面均表现出优异的性能，为下一代有机光电子器件的开发提供了新的可能性。 TTIF-BT采用了一种独特的九环稠合给体单元（TTIF），并通过减少侧链的空间位阻，增强了分子间的相互作用。研究结果显示，TTIF-BT的薄膜空穴迁移率达到1.1 cm²V⁻¹s⁻¹，光致发光量子效率为7.6%，其Φ·μ值（0.084 cm²V⁻¹s⁻¹）是当前先进的半导体聚合物IDT-BT的三倍以上。这一突破性进展使得TTIF-BT在电驱动聚合物激光器和有源矩阵显示技术等应用中展现出巨大的潜力。通过瞬态吸收和时间分辨光致发光光谱技术，研究团队进一步揭示了TTIF-BT中62%的光致发光来自链间介导的发射，这一比例高于IDT-BT的58%。这一发现为理解有机半导体材料的结构-性能关系提供了新的视角，并为未来高性能有机光电子材料的设计提供了重要指导。 大湾区大学（筹）为论文的第一通讯单位，陈虎研究员为该论文的唯一通讯作者，王明聪研究员为该论文的第一作者。夏广杰研究员为该研究提供了算力支持（计算资源来自大湾区大学松山湖算力中心）。本项工作也得到了东莞社会发展科技计划、广东省基础与应用基础研究基金、松山湖材料实验室开放研究基金等多个项目的支持。该项研究得到了牛津大学、剑桥大学、斯坦福大学和阿卜杜拉国王科技大学等国际知名高校相关团队的支持。论文被遴选为Angew. Chem. Int. Ed.的VIP论文（Very Important Paper）。 陈虎课题组招聘 陈虎研究员入选国家教育部海外高层次青年人才引才计划、广东省海外引才计划、东莞市特色人才、莞邑人才等人才项目，具有多年的海外留学背景，在有机电子学的泰斗-Iain McCulloch教授课题组进行了为期八年的研究，在专业期刊上发布论文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/）。 王明聪课题组招聘 王明聪研究员主要从事超快光谱技术（瞬态吸收、太赫兹光谱、时间分辨光致发光光谱）及其在拓扑、超导、光伏和发光材料中的应用研究，在PRL、Nat. Comm等国际顶级期刊发表多篇学术论文，入选苏州汾彩领军人才计划、东莞市特色人才，兼任松山湖材料实验室客座专家、东莞市微纳光场调控与感知重点实验室副主任。课题组已建立薄膜实验室和超快光谱实验室，具备先进的材料制备与表征平台，常年招聘以下方向的博士后或特聘任研究员：       钙钛矿薄膜器件方向：从事钙钛矿材料的制备、器件优化及性能表征研究。       超快动力学方向：从事超快光谱技术的开发及其在材料载流子动力学中的应用研究。 具体信息请参考：https://www.x-mol.com/job/5835。有意合作者请发送邮件至optlab@gbu.edu.cn。欢迎有志于材料与光谱研究的青年才俊加入团队！ 论文标题与链接 《An Amorphous Donor-Acceptor Conjugated Polymer with Both High Charge Carrier MobilityLuminescence Quantum Efficiency》

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、梅佳伟副教授团队等国内外学者合作，在三角晶格自旋阻挫量子磁性材料Na₂BaCo(PO₄)₂的研究中取得最新进展，在磁有序相中观测到了自旋激发连续谱。相关研究成果以“Continuum of spin excitations in an ordered magnet”为题发表在《The Innovation》上。 研究背景 自旋阻挫量子磁性材料因其独特的结构与量子特性，近年来成为凝聚态物理研究的热点。这些材料的自旋排列方式会受到几何结构的限制，导致自旋之间的相互作用无法完全满足能量最低要求，从而产生“自旋阻挫”现象。这种现象不仅增强了量子涨落效应，还可能催生出许多非常规的量子态和奇特的磁性现象，为探索新物理现象提供了理想平台。其中，量子自旋液体（QSL）是一种高度量子纠缠且缺乏长程自旋有序的新型量子态，其核心特征之一是自旋激发的分数化行为。在具备QSL量子态的材料中，由于几何阻挫和量子涨落的作用，磁振子（magnon）会解禁闭为自旋子（spinon），并在非弹性中子散射实验中表现为自旋连续激发谱。这些长程纠缠并遵循特殊统计规律的自旋子，被认为在拓扑量子计算中有潜在的应用。因此研究这些新奇的自旋量子态，不仅有助于我们理解量子力学的深层次规律，还有望为量子计算等前沿技术应用提供理论支持。 研究成果  图1: B= 0.75T时沿动量高对称点的自旋激发谱 (1/3平台相)。 A-B：T = 60mK时的非弹性中子散射实验结果。C-D：线性自旋波计算得到的动力学结构因子。E-F：密度矩阵重整化计算得到的动力学结构因子。 图2: B= 0T时沿动量高对称点的自旋激发谱 (自旋超固“Y”相)。 A-B：T = 60mK时的非弹性中子散射实验结果。C-D： 线性自旋波计算得到的动力学结构因子。E-F：密度矩阵重整化计算得到的动力学结构因子。 本文的研究对象是自旋S=1/2的三角晶格反铁磁体Na2BaCo(PO4)2，其在温度150 mK左右发生反铁磁相变，进入长程磁有序态。然而，针对Na2BaCo(PO4)2的研究表明，即使是长程磁有序的反铁磁材料，也可能展现类似的自旋激发连续谱特性。这一发现挑战了连续谱激发作为QSL独特标志的传统认知，拓宽了对量子磁性材料复杂动力学行为的理解。研究表明，Na2BaCo(PO4)2的连续谱并非由无序效应或解禁闭自旋子引起，而是源于长程磁有序态中强阻挫与量子涨落效应的影响。主要发现包括： 确定了XXZ型自旋哈密顿量：通过计算完全极化相的线性自旋波，发现近邻主导的XXZ模型很好地描述了该体系，并通过非弹性中子散射实验中尖锐的自旋波色散排除了结构或磁无序的影响。 谱权重转移：如图1所示，在1/3平台相时，非弹性中子散射实验与基于XXZ模型的密度矩阵重整化计算结果一致，表明量子涨落引起了单个磁振子色散的重整，并导致谱权重有一部分转移至双磁振子的连续谱。 强烈的量子涨落与连续谱激发行为：在长程有序的自旋超固“Y”相中，非弹性中子散射实验结果显示出连续谱激发行为，与基于XXZ模型的密度矩阵重整化计算结果一致。该研究表明，体系中存在强烈的量子涨落，因而基于无相互作用的半经典磁振子框架已不再适用。  该研究进一步提醒我们，在判断量子自旋液体（QSL）候选材料时，仅凭自旋激发连续谱作为确凿证据不一定可靠。传统上，源自自旋子的分数化行为，QSL材料的自旋激发连续谱被视为量子自旋液体的标志性特征。然而，随着对自旋阻挫三角晶格材料的研究深入，我们发现，即使在具有长程磁有序的系统中，也可能观察到类似的连续谱特性。这表明自旋激发的连续谱并不总是QSL的专有特征。因此，在判断QSL候选材料时，人们必须超越传统的连续谱标准，综合考虑材料的晶体结构、量子涨落效应以及磁性行为等多方面的特性。例如，三角晶格结构中的几何阻挫可以显著增强量子涨落，从而导致自旋激发呈现出与QSL类似的连续谱特性。针对这些材料的研究，以后应更多关注它们的复杂量子动力学行为，探索更广泛的量子磁性现象，为理解量子自旋液体的真正特征提供新的视角。 大湾区大学物质科学学院盛洁明助理教授为本文的第一作者。深圳国际量子研究院王乐研究助理教授为论文的共同第一作者。南方科技大学吴留锁副教授、梅佳伟副教授，浙江大学汪臻涛研究员为论文的共同通讯作者。  该研究得到了多家国内外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、日本质子加速器研究综合体（J-PARC）Maiko Kofu 博士提供的支持。西湖大学的朱伟教授基于XXZ模型进行了密度矩阵重整化计算。此外本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和广东省量子科学战略专项的资助。  论文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00207-8

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