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何朝宇博士在顶尖学术期刊《物理评论快报》上发表最新研究成果
发布时间:2018年10月29日   阅读:

近日,我校物理与光电工程学院青年教师何朝宇博士以第一作者身份在物理学国际顶级学术期刊《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)上发表最新研究成果:“Complex low energy tetrahedral polymorphs of group IV elements from first-principles”。《物理评论快报》是由美国物理学会出版的物理学领域最具权威性和曝光度的综合性学术期刊,该期刊旨在发表和传播物理学前沿领域重要的原创性研究成果。

第IV主族(C, Si, Ge, Sn, Pb)元素在与自身形成单质时倾向于以4配位的成键方式相结合而形成具有四面体构型的晶体结构,理论上拥有巨大而复杂的结构状态空间,实验上也存在众多已被证实的亚稳定晶相。近十年来,如何从理论上快速高效地 预测出这些亚稳定晶相的晶体结构一直是计算凝聚态物理中的重要研究热点之一。

根据第IV主族元素的化学成键特征,何朝宇博士等人利用随机策略(Random strategy),结合群论(Group theory)和图论(Graph theory)开发了一套能快速高效产生3配位、4配位及3、4混合配位晶体结构的代码RG2,在成功预测出281个全新的三维sp3碳晶体结构,极大丰富了碳同素异构体家族的晶体结构数据库。剑桥大学著名教授Chris J. Pickard十分认同和赞赏RG2中所采用的策略和方法,并给代码开发和论文写作都提了许多宝贵意见。相关研究成果发表在今年第1期的《物理评论B》上(Physical Review B 97, 014104 ,2018, 论文链接: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.97.014104),其中负责代码撰写的17级物理学博士师习之为第一作者,何朝宇博士,唐超博士和Chris J. Pickard教授负责研究方案的设计及论文的写作和修改,为共同通信作者。

基于自主研发的晶体结构搜索代码RG2,何朝宇博士等人在进一步的搜索中发现三个新的全4配位三维周期性拓扑构型(P6/mmm,Pbam-32和I-43d),作为碳、硅、锗和锡晶体时都展现出优越的能量稳定性,并且在动力学上和弹性力学上也都是稳定的;最引人注目的是,立方相的I-43d碳晶体结构具有接近于金刚石的维氏硬度(金刚石:91.32 GPa;I-43d:85.33 GPa)和比金刚石更大的电子禁带宽度(金刚石:5.32 eV;I-43d:7.24 eV),这一带隙是目前所有已知碳晶体结构中最大的禁带带隙。相关研究成果发表在10月26日出版的第17期《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 121, 175701 ,2018),论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.175701),我校为第一单位,何朝宇博士为第一作者兼通信作者。这一工作得到了国家自然科学基金和教育部创新团队项目的支持。

何朝宇是我校培养的优秀博士,在攻读博士学位期间师从国家教学名师钟建新教授从事计算凝聚态物理研究,曾获“博士研究生国家奖学金”、“宝钢优秀学生奖学金”、我校“研究生校长奖”等荣誉,2015年博士毕业后加入钟建新教授负责的教育部长江学者创新团队,从事科研和教学服务工作。他长期从事新型亚稳态晶体结构的第一性原理预测及物性研究,在晶体结构预测领域积累了丰富经验,取得一系列具有影响力的成果,已在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B., Phys. Rev. Appl., Carbon等国际重要学术期刊上发表SCI学术论文60余篇,其中第一或通信作者21篇;研究工作发表后受到国内外同行专家们的广泛关注,被Nat. Mater., Adv. Func. Mater., Chem. Rev., Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B., J. Am. Chem. Soc., Carbon 等国际重要学术期刊引用已达700 余次(Google学术数据),h因子15。

(来源:物理与光电工程学院)

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