近期，物理学院戴瑛教授团队在二维晶格磁性性质研究方面取得系列新进展，相关成果分别发表在Nano Lett. 2024, 24, 3507; Adv. Funct. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adfm.202400971; Mater. Horiz. 2023, 10, 5071; Adv. Energy Mater. 2024, 14, 2303953。
进展一：源于层霍尔效应的层电子学是凝聚态物理和自旋电子学中新兴的物理现象，具有重要的基础研究和实际应用价值。然而到目前为止，层电子学都是在反铁磁系统中实现的。戴瑛教授团队利用对称性和紧密结合模型分析，基于能带几何性质和晶格多铁性的耦合，提出了二维铁磁多铁性晶格中操控电子学的物理机制。团队发现，由于体系中本征的空间反演和时间反演对称性破缺，铁磁体系的布里渊区中心和角落都会具有较大的贝利曲率，这些贝利曲率与层自由度耦合，可以产生层霍尔效应。进一步地，该团队利用第一性原理计算在双层铁磁性多铁体系TcIrGe2S6中验证了这一机制。相关研究成果以 “Engineering Layertronics in Two-Dimensional Ferromagnetic Multiferroic Lattice” 为题发表在Nano Letters国际期刊上。论文第一作者为2022级硕士生刘毅博，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。
进展二：以磁斯格明子为代表的手性准粒子是凝聚态物理领域的基本现象。到目前为止，已报道的绝大多数手性磁准粒子都通过一个非零的拓扑数来表征。戴瑛教授团队提出了一种在二维晶格中实现零拓扑数手性磁准粒子的物理机制。这一机制涉及引入层依赖交错Dzyaloshinskii−Moriya相互作用和层间交换相互作用。即使拓扑数为零，所得到的手性磁准粒子仍然是拓扑非平庸的，其潜在物理与间接保护有关。随后，该团队在实际材料双层Tl2NO2中进一步验证了这一机制的可行性。在双层Tl2NO2中，实现的零拓扑数手性准粒子可以理解为是涡旋和反涡旋的叠加。这些准粒子的拓扑性质受到相关磁双半子的间接保护。这一工作为二维晶格中拓扑自旋结构的研究开辟了新的方向。相关研究成果以 “Chiral Magnetic Quasiparticles with Zero Topological Charge in 2D Lattice” 为题发表在Advanced Functional Materials国际期刊上。论文第一作者为2021级博士生杜文惠，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。
进展三：磁斯格明子是一种受拓扑保护的磁涡旋结构，因其在下一代信息存储器件中的潜在应用而备受关注。目前，关于二维晶格中磁斯格明子的研究主要局限于奈尔型和反斯格明子，而对布洛赫型磁斯格明子的研究很少。基于此，戴瑛教授团队基于第一性原理计算和蒙特卡洛模拟创新性地在二维晶格单层MnInP2Te6中发现了布洛赫型磁斯格明子。体系的空间反演对称性破缺和强自旋轨道耦合的共同作用，使单层MnInP2Te6呈现出显著的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。其与铁磁交换相互作用以及面外磁各向异性相竞争，在单层MnInP2Te6中产生了磁斯格明子物理。值得注意的是，与以往关于二维晶格的工作不同，体系中的磁斯格明子呈现出布洛赫型，并受到D3对称性的保护。同时，该团队还在单层MnInP2Te6中发现了布洛赫型磁双半子。这一工作极大地丰富了二维晶格中磁斯格明子的研究。相关研究成果以 “Bloch-Type Magnetic Skyrmions in Two-Dimensional Lattices” 为题发表在Materials Horizons国际期刊上。论文第一作者为2021级博士生杜文惠，马衍东教授和戴瑛教授为共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。
进展四：二维材料因其大的比表面积、可调的电子性质以及丰富的地球资源储量，在电催化领域展现出了广阔的发展前景。随着研究不断深入，越来越多的新型二维材料被发掘并在电催化领域中得到广泛应用。然而，对于大部分二维半导体来说，其基平面上的原子是由完全占据的轨道组成的，这种特殊的轨道占据情况导致二维半导体在电催化反应中表现出较低的活性，即电催化惰性。戴瑛教授团队提出了一类新型伪惰性半导体电催化剂。尽管这类材料基平面上的原子是由完全占据的轨道组成，但他们却表现出优异的一氧化氮合成氨的催化活性。此外，团队发现伪惰性特性背后的物理化学机制与反向活化机制有关。即当NO吸附在催化剂表面上时，吸附的NO分子首先反向激活惰性基平面的活性，然后惰性基平面可以与NO进行电荷转移，形成了“反向活化-转移-捐赠-回赠”过程。这项工作丰富了电催化和二维材料领域的研究。相关研究成果以“Unveiling Pseudo-Inert Basal Plane for Electrocatalysis in 2D Semiconductors: Critical Role of Reversal-Activation Mechanism”为题发表在Advanced Energy Materials (IF = 27.8)上, 论文第一作者为物理学院2021级博士生臧艳梅，马衍东教授、戴瑛教授、德累斯顿工业大学的Thomas Heine教授为共同通讯作者，山东大学为第一作者单位。
上述工作是团队在二维晶格物性研究(Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305130；Nano Lett. 2023, 23, 5367；Mater. Horiz. 2023, 10, 3450；Mater. Horiz. 2023, 10, 2160；Mater. Horiz. 2023, 10, 483; Phys. Rev. B 2023, 107, 085411; ACS Nano 2023, 17, 1144; Nano Lett. 2023, 23, 312; Nano Lett. 2022, 8, 3440; Phys. Rev. B 2022, 105, 205427) 系列工作方面的新进展。
以上工作得到了晶体材料国家重点实验室、国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程项目、山东省泰山学者计划、山东大学齐鲁学者计划和山东省青年科技人才托举工程等项目的支持。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c00436
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202400971
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh00868a#!
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202303953
