我校材料科學與工程學院張小明教授、劉國棟教授與澳大利亞昆士蘭科技大學寇良志教授合作，在拓撲電子化合物領域連續取得重要研究成果。
拓撲電子化合物是劉國棟教授團隊于2018年首次提出的新材料概念，其對非平庸拓撲物質態與電子化合物實現了有效融合，具有高電子遷移率、低功函數、魯棒的拓撲表面電子態等特點，在電子發射器件、自旋電子學器件、高容錯量子計算、高效催化劑等領域具有重要應用前景。拓撲電子化合物當前已經在多種非磁性材料體系獲得廣泛研究；然而，將磁性融入拓撲電子化合物的新材料、新物理、新應用還鮮有報道。
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張小明教授、劉國棟教授與昆士蘭科技大學寇良志教授等，歷時近一年完成對磁性拓撲電子化合物的高通量材料篩選，從材料數據庫中超過14萬種材料出發，結合多種判斷手段，共篩選出276種電子化合物，其中51種展現出鐵磁、反鐵磁與間隙磁性。此外，對所有磁性拓撲電子化合物的電子結構、拓撲物質態、功函數等性質進行了系統研究，并發現它們在電子發射器、促進催化氨合成等領域比慣常材料具有顯著的應用優勢。該工作是國際上首個對磁性拓撲電子化合物的材料篩選、物性與應用全方面系統性地研究工作，于2023年2月23日在國際頂級期刊Journal of the American Chemistry Society (DOI: 10.1021/jacs.3c00284)上在線發表。該成果第一作者為張小明教授，我校博士研究生孟維真為共同第一作者，劉國棟教授和昆士蘭科技大學寇良志教授為論文通訊作者。
磁性拓撲電子化合物的高通量材料篩選、物性與應用
此外，研究團隊還發現，拓撲電子化合物可以作為理想載體闡述清拓撲催化劑領域內亟待解決的機制性關鍵科學問題。近年，多種拓撲材料被發現可以實現高效的催化行為，拓撲催化劑作為一新興研究領域應運而生。然而，拓撲催化劑中催化性能和拓撲態之間的基本機制和潛在關系一直難以闡明。團隊依托拓撲電子化合物C12A7:4e-在此方向取得重要進展，首次通過費米弧長度這一參數，建立起了拓撲物理量和催化參量之間的定量關系，揭示出拓撲催化劑的內在工作機制。該工作于2022年12月27日在國際頂級期刊Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202205940)上在線發表。我校博士研究生孟維真為第一作者，張小明教授、劉國棟教授和昆士蘭科技大學寇良志教授為論文通訊作者。
上述兩個研究工作得到了國家自然科學基金面上項目、河北省自然科學基金優青項目、河北工業大學省部共建電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室PI團隊項目的支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00284
https://doi.org/10.1002/advs.202205940
圖文：孟維真 審核：劉國棟
