第六章 墨子杰出博士后、中心优秀博士后暨.PDF

墨子杰出博士后、中心优秀博士后暨 2015 年度中心杰出研究生奖获得者 简介 量子信息与量子科技前沿协同创新中心 二〇一五年十二月 2    墨子杰出博士后简介 李星星，墨子杰出博士后（Micius Research Fellow ），男，1988 年4 月出生。2010 年6 月于中国科学技术大学获学士学位。2015 年6 月于中国科学技术大学获博士学位，同年在该校开始进行博士后研究工 作。研究方向为理论与计算化学。曾获得研究生国家奖学金（2012 年， 2014 年）、郭永怀奖学金（2013 年）、量子信息与量子科技前沿协同创 新中心杰出研究生奖（2013 年，2014 年）、中科院朱李月华优秀博士生 奖（2014 年）、中科院院长特别奖（2015 年）等学术奖励。取得的主要 研究成果如下： 1、首次提出双极磁性半导体的概念 自旋电子器件基于电子自旋进行信息的传递、处理与存储，具有目 前传统半导体电子器件无法比拟的优势。如何实现利用电场调控载流子 自旋是自旋电子学面临的关键科学问题。为解决此问题，我们在概念上 提出了一种新型的自旋电子学材料，即双极磁性半导体，此类材料具有 特殊的能带构造，通过它的电流不仅可以达到完全的自旋极化，而且载 流子的自旋取向可以简单地通过加门电压的方法直接进行调制，相关工 作以第一作者身份发表在Nanoscale 4, 5680 (2012) 。基于这一概念，我 们设计了多种双极磁性半导体材料，以第一作者身份发表在 Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 15793 (2013); J. Mater. Chem. C 1, 7197 (2013); J. Am. Chem. Soc. 136, 11065 (2014)] ；以第二作者身份发表在Appl. Phys. Lett. 104, 172403 (2014); J. Mater. Chem. C 3, 2563 (2015). 2 、成功设计出室温工作的半金属磁性材料 半金属磁性材料由于可以提供完全自旋极化的载流子，被视为构建 自旋电子器件的理想材料。为使自旋电子器件能在常温下工作，半金属 磁性材料必须具有高于室温的铁磁居里温度、较宽的半金属能隙，以及 显著的磁各向异性，然而至今人们还没有找到同时满足这些条件的磁性 材料。基于相关实验，我们通过在LaZnAsO 材料的[ZnAs]-层进行磁性 3    Mn2+替代掺杂，同时在[LaO]+层进行电子掺杂（H-/F-替换O2-元素）、 或空穴掺杂（Ca2+/Sr2+替换 La3+元素），获得了一种具有高居里温度 (~ 600 K) 和宽半金属能隙（~ 0.74 eV ）的铁磁半金属。同时，该体系 的准二维结构赋予了材料极高的磁各向异性能，其理论预测值比传统半 金属材料高一至两个数量级。相关工作以第一作者身份发表在《美国 化学会志》杂志[J. Am. Chem. Soc. 136, 5664 (2014)]。这一工作为制备 室温工作的半金属磁性材料指出了一个明确的方向，有望对自旋电子器 件的研究与应用产生重要的影响。 3 、首次提出红外光解水制氢机制 用太阳光分解水制氢，为人类提供清洁燃料，被视为化学的圣杯。 水分解是吸热反应，传统理论要求光催化剂的能隙至少要大于反应吸热 (1.23eV)，因而占太阳光能量近一半的红外光无法被吸收用来分解水制 氢。我们首次提出利用具有內禀电偶极矩的二维纳米催化剂，可突破传 统理论对催化剂能隙的限制，用红外光也可以分解水产生氢气。这类催 化剂的两个表面具有不同的电化学势，可分别催化水分解的两个半反应， 具有宽光谱利用（可至近红外区）和很好的电子空穴分离两大优势。相 关工作以第一作者身份发表在《物理评论快报》杂志[Phys. Rev. Lett. 112, 018301 (2014)]。这一工作大大扩展了太阳能转化为化学能中可利 用的太阳光频谱范围，有望对未来新能源技术的发展产生重要影响。英 国物理学会（IOP ）的物理