速览！南大四月科技领域新进展
01
提出新型“衬底型”器件结构提升全钙钛矿叠层太阳电池抗氧化能力
近日，现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队通过对全钙钛矿叠层太阳电池的结构进行重新设计，实现了具有耐氧化和超长稳定性的“衬底型”全钙钛矿叠层电池。结合宽带隙钙钛矿中的添加剂策略，获得了效率超过25%的衬底型全钙钛矿叠层电池。未封装器件在空气中放置1000小时后，仍可保持初始光伏性能。
截止目前，已报道的高效率全钙钛矿叠层器件都采用了“顶衬型”的器件结构，即在透明导电衬底上先沉积宽带隙子电池，随后沉积隧穿复合结和窄带隙子电池，光由透明导电衬底进入，先后在宽带隙、窄带隙子电池中被吸收。谭海仁教授团队对叠层电池的结构进行重新设计，在国际上率先提出“衬底型”结构的全钙钛矿叠层器件：即在透明导电衬底上先沉积窄带隙子电池，随后沉积隧穿复合结和宽带隙子电池，光由透明电极进入，先后在宽带隙、窄带隙子电池中被吸收。
“衬底型”全钙钛矿叠层器件。a, 顶衬型和衬底型的全钙钛矿叠层器件结构示意图。b, 衬底型全钙钛矿叠层器件的制备过程。c, 窄带隙钙钛矿器件进行后退火的性能变化。d, 不同退火温度下宽带隙钙钛矿器件性能变化。e, 采用不同隧穿复合结的衬底型全钙钛矿叠层器件的J-V曲线。
02
在拓扑外尔半金属MoTe2的超导研究中取得进展
近日，电子科学与工程学院王学锋教授、张荣教授团队与多个课题组合作，在高质量的拓扑外尔半金属MoTe2单晶中，通过采用钽替位掺杂引入空穴的策略，实现了超导转变温度从100mK至7.5K的大幅提升，是常压下当前的最高值；上临界场也提高至14.5T，显著超越了泡利极限。这为利用掺杂手段调控拓扑材料和超导的关联效应提供了新的思路，也为常压下研究奇异拓扑超导物理和新型拓扑量子器件奠定了材料基础。
王学锋课题组在前期丰富的拓扑绝缘体掺杂经验的基础上，最近三年继续发展自助熔剂法，采用钽替位掺杂引入空穴的策略，生长出了不同掺杂浓度Mo1-xTaxTe2单晶（0 ≤ x ≤ 0.26），克服了人们常用的化学气相输运法无法长出高质量单晶的困难。
Mo1-xTaxTe2单晶的结构表征结果
03
在动态高分子材料研究方面取得新进展
基于动态化学的高分子材料一般具备自修复、可回收和易加工性等优势，能有效缓解环境污染和资源短缺压力，在碳中和战略背景下具有广阔的应用前景。其中，硼酸酯作为最为常见的动态化学键之一，已被广泛研究并用于生物医药、柔性电子、光电材料等领域新型动态共价交联高分子材料的设计合成。然而，现有硼酸酯基共价交联高分子依然存在水稳定性较低、动态响应条件苛刻等问题。近年来，化学化工学院李承辉教授团队针对硼酸酯动态高分子材料进行了一系列的研究探索，实现了对硼酸酯分子稳定性和动态性的调控，成功制备得到了多种具有较高力学强度和环境稳定性的自修复、可回收高分子材料，并对其在不同领域的功能性应用进行了探究。
基于邻位羟基促进机制的硼酸酯及其动态高分子
04
在基于光控自富集仿生半导体聚合物纳米材料的精准肿瘤血管损伤治疗方面取得新进展
肿瘤血管损伤治疗在临床实践中为肿瘤的治疗提供了新的手段，然而血管损伤试剂的脱靶效应和潜在的高剂量毒性限制了其在临床应用中的治疗效果。为了解决以上问题，化学化工学院甄叙、蒋锡群研究团队报道了一种不含VDA的仿生半导体共轭聚合物纳米材料(SPNP)通过两次激光照射实现了较低剂量下的精准破坏肿瘤血管，从而达到优异的抗肿瘤效果。
SPNP通过两段光控进行精准肿瘤血管损伤治疗机制示意图
05
在谐振环阵列中调控非厄米趋肤效应
在传统能带理论中，体边界对应关系是其中的核心性概念，描述了系统体系内部拓扑不变量与体系边界处边界态之间的联系。通过引入非厄米性，拓扑能带理论展示出更为丰富的现象，例如打破了一般意义上体边界对应关系的非厄米趋肤效应。传统非厄米趋肤效应，大多数本征态会堆积在体系的边界，并以指数衰减的形式扩散至系统内部。这种反常的波函数分布现象广泛存在于非厄米系统中，受到了研究者的广泛关注。近日，现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士团队在非厄米拓扑光场调控方面取得新进展，他们理论上考察并发现受耦合参数调控的多种非厄米趋肤效应，并提出了耦合谐振环阵列体系来展示相关趋肤效应的具体方案。
谐振环阵列中的多种V型非厄米趋肤效应示意图
06
超构表面片上调控庞加莱光束
随着大数据时代信息处理需求的不断增长，高容量的信息系统成为光子集成电路的一大发展趋势。拓展并利用新的光子自由度对于高速片上光互连具有重要意义。庞加莱光束作为一种矢量涡旋光束，具有空间变化的偏振状态和轨道角动量信息，能够为多路复用技术提供额外的自由度。如何产生和调控庞加莱光束成为提升光通信系统信息容量的关键。近日，现代工程与应用科学学院李涛教授、祝世宁院士研究组提出了一种基于双原子几何相位超构表面和双端口铌酸锂光波导的导模辐射调控方法，实现了高阶庞加莱球上任意状态的产生和转换，为片上光场动态调控开辟了新的方向。
集成超构表面调控庞加莱光束示意图
07
发现日冕中微小尺度的持续性磁重联
日冕加热问题曾于2012年被Science杂志选为当代天文学的八大未解之谜之一。近日，天文与空间科学学院程鑫教授领导的国际团队利用欧空局太阳轨道天文台（Solar Orbiter）上搭载的超高分辨率极紫外成像仪发现了以前从未探测到的持续性微小尺度磁重联过程。
通过对成像仪第一批数据的深入分析，程鑫教授在活动区附近观测到了一个微小尺度的三维磁零点结构，发现围绕这个磁零点大约400公里内的等离子体温度一直维持在1千万度左右。同时，他们还观测到等离子体团从磁零点向四周喷射，平均速度大约为80公里每秒。最重要的是，这种高速等离子体喷射现象一直持续进行着，说明零点磁重联一直在维持。通过定量估算发现这些零点重联能够提供足够的能量以维持日冕的高温特性。这一观测结果为破解日冕加热之谜提供了新的方向。未来，随着太阳轨道天文台距离太阳越来越近，可以期待更多更小尺度的类似事件被发现，最终解决日冕加热这一世纪难题。
活动区附近的微型尺度磁零点重联在极紫外174埃波段产生的点状增亮
08
在揭示中国主要谷物碳排放时空转移效率方面取得新进展
食物系统排放占到人为温室气体排放的1/3，其中，食物生产和土地利用排放占食物系统温室气体排放的71%，食物系统的可持续发展面临着粮食安全和气候减缓的双重挑战。近30年来中国谷物生产重心北移而需求重心南移，供需分离加剧了谷物隐含排放的转移及相应的交通碳排放。然而由此引发的食物碳排放转移对整体食物系统温室气体减排的影响还尚不明确。
为了探究谷物碳排放时空转移效率及其影响，地理与海洋科学学院黄贤金教授团队探索性地构建了水稻、小麦、玉米三类谷物生产阶段生命周期的排放清单，系统地分析了1990-2018年间中国谷物供需关系的时空演化特征，并引入空间均衡模型，模拟了中国近30年不同类型谷物的区域间流动并核算由此产生的碳排放转移及其效率与特征。研究发现区域内的谷物供给比跨区供给具有更加高效的减排趋势，但由于谷物贸易格局及谷物生产全生命周期视角的碳足迹具有明显的区域异质性，区域参与全国谷物贸易导致的排放转移效率也呈现空间差异性特征。
1990-2018年中国31个省级行政区谷物贸易盈余量、净碳排放量和碳足迹的耦合关系
09
在导电高分子领域取得新进展
发展清洁低成本的太阳能光伏技术，是实现我国"双碳"目标的重要途径与技术保障。近年来以薄膜光伏为代表的新型太阳能电池得到了快速发展，设计兼具优异电子传输性能和良好稳定性的富勒烯小分子取代物难度较大，是当前新型薄膜光伏领域的难题之一。
针对该问题，化学化工学院陈尚尚教授课题组开发了一种新型的导电高分子材料—聚富勒烯（PFBO-C12）。该材料是通过原子转移自由基聚合反应将带有烷基侧链的苯小分子与C60单体进行聚合得到，反应条件温和、产率可观、易于提纯，成本远低于当前的PCBM材料。该聚富勒烯材料具有很好的溶解度，并且表现出与PCBM接近的光吸收、能级和电子传输能力。
基于PFBO-C12的有机太阳能电池材料的分子结构、能级和吸光
10
用于人机交互系统的低滞后“分子滑轮”离子凝胶
近年来基于离子导电型的凝胶材料受到广泛关注，这类材料广泛应用于可穿戴传感器、仿生离子皮肤以及人机交互等领域。通常来说，用于柔性传感器件的导电凝胶应具有优异的力学性能、较低的力学滞后性以及良好的离子导电性等特点，以保证其在使用过程中具有稳定且快速的电学响应性。
基于这一需求，化学化工学院贾叙东教授、张秋红副教授课题组将分子轮滑（聚轮烷）和离子液体引入到聚丙烯酸酯交联网络中，从而制备出一种兼具优异拉伸性、高回弹性的导电离子凝胶。由于分子轮滑的引入，材料具有优异的拉伸性和抗疲劳性能，从而确保传感器件能够长期稳定的使用；另外，选择与基体相容性较好的离子液体[BMI]+[TFSI]-赋予了凝胶优异的导电性、粘附性，更重要的是离子液体在一定程度上减少分子轮滑之间由于氢键导致的聚集，赋予分子轮滑中的环糊精更高的滑动自由度，从而降低能量耗散，使得离子凝胶表现出较低的滞后性（残余应变~7%）。
分子滑轮离子凝胶的力学、滞后性、抗疲劳和粘附性表征
11
在大面积碲化铬铁磁薄膜中实现巨大的拓扑霍尔效应
由实空间贝利曲率产生的手性自旋纹理因其具有高密度数据存储和低功耗自旋电子器件的应用前景而备受关注。自2011年起，手性自旋纹理诱导的拓扑霍尔效应在多个磁性体系中被证实。近年来，低维铁磁材料的蓬勃发展为探索和理解拓扑霍尔效应提供了更多的材料选择。人们已在多种二维铁磁材料体系中观测到了奇异的拓扑霍尔效应。然而，要实现其自旋电子器件的实际应用，与微电子技术兼容的材料薄膜化真空技术是重要的先决条件之一。迄今为止，不仅制备出大面积、厚度可控、具有高居里温度的铁磁单晶薄膜还相当困难，而且要在合适的材料体系中实现较大且高温的拓扑霍尔效应一直以来也仍是一个巨大的挑战，这些因素都严重阻碍了手性自旋纹理在下一代自旋电子学逻辑和存储器件中的实际应用。
针对这一问题，电子科学与工程学院王学锋教授、张荣教授团队致力于发展脉冲激光沉积技术，并配合反射式高能电子衍射仪在薄膜生长过程中进行实时监测，在尺寸5×5mm2蓝宝石（001）衬底表面成功制备了大面积、厚度可调（20至80nm）、具有空气稳定性且表面平整的高质量铁磁碲化铬（Cr5Te6）单晶薄膜，这显著区别于文献中大部分采用化学气相沉积法所制备的纳米薄片或机械剥离法所获得的微米尺寸薄片。
脉冲激光沉积技术制备大面积Cr5Te6单晶薄膜及其显微结构表征
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