近日，我校理学院微结构与器件团队带头人阚二军教授、团队黄呈熙博士与吉林大学王彦超教授、江苏师范大学李印威教授合作，在半导体磁电材料中取得重要突破，相关成果以题为“Electrical Control of Magnetic Phase Transition in a Type-I Multiferroic Double-metal Trihalides Monolayer”在物理国际顶尖期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表。

磁电耦合效应发现于19世纪初叶，是广泛存在于自然界中的基础物理现象之一。至今人们对磁电耦合效应的应用已经深入生产和生活的方方面面，比如基于法拉第电磁感应效应的电动机和发电机、基于巨磁阻效应的磁信息存储技术，而近年来多铁性材料的发现，使得人们认识到磁电耦合效应的故事远不止这么简单，对多铁材料中的新奇磁电耦合效应的研究才刚刚拉开序幕。

在近期的这项研究工作中，团队从基础理论的层面，首次提出了在多铁材料中实现电场控制铁电性和磁性相变的可能性。通过构建一个简单但普适的物理模型（如上图），他们指出在一类特殊的二维晶格中，铁电极化方向的反转必然导致体系轨道序的变化，从而引发可能的铁磁-反铁磁相变。基于这一物理模型，他们进而设计并构建了以ReWCl6为主的一系列合金二维体系，并通过第一性原理方法证明了这些多铁体系中确实存在磁态和电极化之间的强磁电耦合。这一发现首次提出了一类可能普遍存在于固体材料中的新奇强磁电耦合效应，进一步揭示了磁电耦合效应的物理本质，将极大地推动自旋电子学领域的研究进展。

此外，团队青年教授李盎博士与天津大学巩金龙教授、德国马普所Markus Antonietti教授合作，在半导体材料的应用研究方面也取得重要突破。此研究主要集中于光催化二氧化碳（CO2）还原反应（CRR）方面，相关成果以题为“Electrical Three-Phase Photocatalysis for the Enhanced Selectivity and Activity of CO2 Reduction on Hydrophobic Surface”在化学国际顶尖期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表，并被选为该期期刊中的“特别重要论文（VIP Paper）”。

众所周知，以煤与石油为代表的传统化石能源的大量使用给人类社会带来了能源短缺、环境污染等亟待解决的问题。光催化CRR技术可以利用可再生、无污染的太阳能源将二氧化碳和水转化为诸多具有高附加值的含碳产物，为解决能源和环境问题提供了极具前景的研究方向。但由于理想的光催化CRR需以水提供氢源，故常伴有严重的光催化水分解产氢副反应（HER），将大大降低CRR产生含碳产物的活性与选择性。研究人员指出，在水相体系中，由于CO2较低的溶解度，一个大气压下CO2分子的数量仅占H2O分子的1/1300。随着反应驱动力的增大，催化剂表面的CO2会被迅速消耗，且CO2在水中较低的扩散系数会造成传质限制，使得CO2分子不可及时补充，造成表面CO2分子的浓度急剧降低。这显然不利于以CO2为原料的CRR反应。

针对这一问题，团队设计了一种负载有Pt颗粒的疏水聚合物氮化碳纳米片（Pt/o-PCN），并利用其构建了一种全新的三相催化体系。研究发现，这种疏水表面可使气相（CO2）、液相（水）和固相（催化剂）进行有效接触，从而使气相的CO2分子可直达催化剂表面，大大提高表面处CO2分子的浓度，降低水分子的数量，从而使CO2与H2O的比例更为合适，打破了CO2的传质限制，可促进CRR，抑制HER，最终提高含碳产物的选择性。结果表明，与传统的无三相催化效应的催化剂（Pt/o-PCN）相比，三相催化效应作用下的体系的选择性有着显著的提高。

团队工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金以及中央高校基本科研业务费专项资金的支持。