上科大物质科技领域近期科研成果速递

上科大物质学院齐彦鹏团队联合中国科学院物理研究所、苏州大学等合作单位，通过高压调控实现了晶体材料In2Te5体系的相边界展宽，观测到无序增强的非晶超导现象，这一研究成果近期发表于《先进材料》（Advanced Materials）。本研究充分考虑In2Te5的结构特征，利用高压手段通过部分破坏体系长程平移对称性的方式，将经典的相变边界有效扩展为一个大范围的非晶转变区域，从而实现了加压过程中In₂Te₅单晶的晶态-非晶态-晶态（CAC）相变。本研究不仅为超导物性调控提供了新思路，拓展了对相变边界的认识，还展示了结构无序材料的性能潜力。

图 In2Te5 在相变边界处出现的超导电性增强

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自2015年美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利室女座干涉仪(Virgo)观测到黑洞合并以来，黑洞合并已成为可以观测的物理现象。作为黑洞合并现象的首批研究者之一，物质学院助理教授Alexander Ochirov与合作者提出了一个描述旋转黑洞的动力学的理论框架。这一理论框架的建立是基于量子场论中有质量、高自旋粒子的散射振幅。

基于前序工作，Ochirov教授加入上科大后取得了新的成果。对于有质量、高自旋粒子的电磁相互作用及其经典对应物的研究，Ochirov教授提出了两种互补性的理论：一种是基于手性的理论，另一种是基于规范对称性的，相关内容发表于《高能物理杂志》（Journal Of High Energy Physics, JHEP）。此外，Ochirov教授与合作者给出了描述旋转黑洞的次领头阶引力相互作用的四粒子康普顿振幅理论进展，成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

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图  由两个连续的自催化反应组成的化学反应网络

该研究不仅深化了我们对CRN的理解，也为开发具备生命特性的动态材料开辟了新途径。

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物质学院拓扑物理实验室陈宇林-陈成团队利用纳米角分辨光电子能谱（Nano-ARPES）技术，发现了超导魔角石墨烯中显著的谷间-电声子耦合效应，并且确定了相应的声子模式。这一发现对科研人员理解魔角石墨烯的超导机理具有重要意义。北京时间12月11日晚，相关研究成果在线发表于《自然》（Nature）。

本工作利用Nano-ARPES技术（上海光源S2线站以及美国先进光源Maestro线站），对双层转角石墨烯的电子结构进行了系统表征。在超导魔角石墨烯的电子能谱中首次发现了新奇的平带复制现象；而在非超导的魔角石墨烯或者不超导的非魔角石墨烯中，均未观察到类似现象。研究揭示了超导魔角石墨烯的独特电子结构，为理解其超导起源及其独特性质指出了方向。该工作中使用的Nano-ARPES技术能被广泛用于纳米材料与微纳器件的电子结构表征，为理解这些材料与器件中展现的新奇物态与独特功能提供了有效研究手段，并进一步为设计与探索新型量子材料提供了支持。

图 超导魔角石墨烯中电声子耦合的示意图

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物质学院杨帆团队通过结合模型与实际催化体系研究，系统阐明氧化铈催化CO加氢反应中原子尺度构-效关系，优化了用于合成气转化的铈催化剂，并推进了模型指导的催化剂设计。相关研究成果已在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表。 

氧化铈(CeO₂)是一种广泛使用的氧化物催化剂，但其活性位点的本质特征目前仍不清晰。本研究通过在CeO₂(111)上合成具有特定铈配位数(CNCe)的结构明确的氧化铈团簇，并结合STM、SRPES、AP-XPS、DFT计算和模型催化反应测量等方法，在原子层面研究了它们的结构、吸附和催化性质。

图 平整的CeO₂(111)和良好定义CeO_x团簇的原子结构

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物质学院刘晓平教授与深圳大学秦琦教授合作，提出了一种全新的硅基光学相控阵架构，通过预先校正由加工误差和波导串扰引起的相位与幅度误差，首次在单个硅基光学相控阵中同时实现了大视场、高旁瓣抑制比和复杂波束成形功能，研究成果发表在Optica。

目前，大部分硅基光学相控阵的研究重点集中在减小光束发散角，以实现更远的波束扫描。波束成形不仅可以提升光束的质量，还能支持更复杂的应用场景，如目标追踪和多点通信等。这些功能在微波领域已得到广泛应用，但在光学领域的研究仍鲜有报道。刘晓平团队提出的这一新架构采用由两层马赫-曾德尔干涉结构组成的二分树结构，不仅能够实现任意的光强分布，还具备较强的抗加工误差能力。

图 硅基光学相控阵的架构及实物图

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图 新型反常霍尔效应产生机制。a-i. 平行排列的周期性条纹畴随磁场变化情况；j. EuAl2Si2的反常霍尔电导与其它材料比较；k.磁畴及畴壁排示意图；l.畴壁不对称斜散射示意图

该研究不仅在实验上发现了一种新型反常霍尔效应产生机制，提供了一个具有巨大反常霍尔电导的反铁磁材料，还展示了非本征反常霍尔效应的磁场可控性，为非本征反常霍尔效应的应用打开了一扇窗户。

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物质学院拓扑物理实验室郭艳峰团队近几年致力于新型磁性拓扑材料探索，取得了系列高水平研究成果。近期，郭艳峰团队与合作者在相关方向又取得一系列重要进展，研究结果分别发表于《科学通报》（Science Bulletin）及《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

笼目磁性拓扑材料EuTi3Bi4新颖拓扑表面态。郭艳峰团队与中国科学技术大学国家同步辐射实验室、南京大学团队紧密合作，对笼目磁性拓扑材料EuTi₃Bi₄开展深入研究。磁性测量及理论计算表明，该体系具有面外铁磁、层间反铁磁的自旋排列。揭示了时间反演对称与半平移联合对称性有效保护了连接不同范霍夫奇点的拓扑非平庸表面态在磁有序温度（10.5 K）上下稳定存在，与表现出量子反常霍尔效应的反铁磁拓扑绝缘体MnBi₂Te₄非常类似。

交错磁体CrSb中巨大的能带劈裂。CrSb是重要的交错磁体候选材料，其奈尔温度为703K，是一个自旋结构为平面外A型反铁磁构型的金属。郭艳峰团队与中科大团队等合作，基于同步辐射的高分辨率角分辨光电子能谱以及第一性原理计算，研究了CrSb的三维电子结构。揭示了反铁磁诱导的能带劈裂的细节，并定量分析自旋劈裂的角度和光子能量依赖性，确定了其独特的体g波对称性。在费米能级附近观察到的自旋劈裂高达0.93eV，是目前所有已证实的此类材料中最显著的。该结果为 CrSb的交错磁性能带结构提供了有力的证据。

图 交错磁体CrSb电子结构中自旋在动量空间中的分布及劈裂特征

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