物理学院周武课题组合作报道过渡金属硫族化合物薄膜的大面积原子级相变
拓扑材料因其受拓扑保护的低耗散输运特性，在后摩尔时代的自旋电子器件、量子计算和低功耗芯片等领域展现出巨大潜力。然而，其走向实际应用的核心瓶颈在于大面积薄膜及其异质结构的高质量可控制备。传统材料制备方法受限于晶相调控精度低、界面稳定性差等问题，难以满足拓扑器件对原子级平整度与功能导向设计的需求。相工程（phase engineering）作为一种革新性思路，通过精准调控晶体结构相，突破传统材料种类的局限，为实现大面积、高质量拓扑材料制备提供了全新解决方案。然而，过渡金属硫属化物及其异质结的相变过程动态复杂，原子级重构机制尚不明确，成为制约其实际应用的关键科学难题。
针对这一挑战，中国科学院大学周武教授团队与南京大学王学锋教授、张荣院士团队联合中国科学院金属研究所、大连理工大学等合作者，于2026年1月16日在《自然·材料》(Nature Materials)在线发表了题为《过渡金属硫族化合物薄膜的大面积非化学计量相变》(Large-area non-stoichiometric phase transition in transition metal chalcogenide films)的研究论文，在拓扑材料相变研究中取得重大进展。研究团队利用自主搭建的脉冲激光沉积系统，通过反射式高能电子衍射在位监控，首先在蓝宝石衬底上制备了厘米级PdTe2外延薄膜。进而，团队首次利用原位加热的原子级分辨扫描透射电子显微镜直接观测到PdTe2向PdTe的原子级重构可视化相变过程，并结合分子动力学原子级模拟，揭示了热驱动空位生成、Pd-Te键合进而导致范德华间隙坍缩闭合的完整机理。
图 (a-f) 热驱动PdTe2向PdTe相变的原子结构演化示意图和动态截面STEM图，比例尺：2 nm；
(g) PLD生长设备示意图；(h,i) 不同Pd-Te相薄膜的超导性能和太赫兹波发射性能
通过该相变策略制备的PdTe薄膜表现出优异的超导性能，超导转变温度与单晶块材相当；同时，形成的原子级平整PdTe/PdTe₂异质界面因反演对称性破缺，展现出巨大的自旋电子太赫兹波发射性能。这一热驱动自下而上的原子重构策略还可拓展至PtTe₂等其他过渡金属硫属化物体系，为构建通用智能材料平台奠定了基础。
该研究不仅为大面积制备过渡金属硫属化物薄膜及其异质结提供了普适性方法，也为理解对称性破缺调控异质结自旋劈裂提供了新视角，有望加速拓扑材料在新型太赫兹源、低功耗自旋芯片、后摩尔时代芯片互连、拓扑量子器件及超导量子计算等领域的应用进程。
南京大学电子学院王学锋教授、张荣院士，中国科学院大学物理科学学院周武教授，中国科学院金属研究所杨腾研究员和大连理工大学高峻峰教授为该论文的共同通讯作者；南京大学电子学院2020级直博生陈中强（现为博士后）、中国科学院大学工程师时金安、中国科学院金属研究所博士黄建啟和大连理工大学博士后常远为共同第一作者。该项研究工作主要得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划和中国科学院基础研究领域优秀青年团队等项目的资助，以及中国科学院大学电子显微学中心的支持。
Nature+学生一作！国科大团队主导证实量子力学预言
近期，由中国科学院大学（以下简称“国科大”）主导、多所学校参与的科研团队首次直接观测到米格达尔效应，这一发现为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供关键支撑。上述成果于北京时间1月15日在《自然》（Nature）上发表，并在国科大举办了米格达尔效应学术研讨会。
实验中发现的米格达尔效应事例展示
米格达尔效应由苏联著名物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年首次提出：一个原子的原子核突然获得能量加速运动时，原子核在反冲过程中的内部电场变化将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚，形成“共顶点”的两条带电径迹。
进入21世纪，科学家们逐渐意识到，米格达尔效应可以是突破轻暗物质探测阈值瓶颈的重要路径之一。自理论预言提出后的80多年间，中性粒子碰撞过程中的米格达尔效应是否存在，一直未被发现或证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。
国科大物理科学学院教授刘倩介绍，团队自主研发了“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，相当于可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘—氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，会同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。通过分析这一特征，团队成功地将这种“米格达尔事件”从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来，首次直接证实了1939年利用量子力学预言的米格达尔效应。
探测器结构与工作原理
锦屏CDEX暗物质实验负责人岳骞认为，这项成果不仅填补了实验验证米格达尔效应的长期空白，巩固了米格达尔效应的理论基础，还充分体现了国内高品质气体探测技术的能力，为轻质量暗物质探测的应用迈出了坚实的第一步。
项目骨干成员、国科大物理科学学院教授郑阳恒表示，团队还将与暗物质探测实验团队合作，将此次实验结果融入下一代探测器的研发中。“暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，我们的工作让人类在这场‘宇宙寻宝游戏’中，又靠近了目标一步。”郑阳恒说。
团队核心成员中，文章第一作者易涤凡，重要贡献者苏晨光、孔令全均为国科大本博贯通培养博士生；左杰、余运林晨两位学生在本科阶段加入团队，在团队指导下深度参与本项科研工作并作出实质性贡献。
实验装置与布局
此次研究工作由国科大牵头，广西大学负责核心探测器研发以及提供探测器测试和验证平台，华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学合作协同攻关。研究得到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发项目、广西人才小高地等多个基金的支持。
米格达尔效应学术研讨会现场
相关报道：
新华社：我国科研团队首次直接观测到米格达尔效应 为轻暗物质探测迈出坚实的一步
央视新闻：我国科研团队首次直接证实量子力学预言的米格达尔效应
安特卫普大学Timothy Pennycook教授受邀作《电子叠层成像技术在辐照敏感材料以及电荷转移探测中的应用》报告
2026年1月28日，受学院周武教授邀请，安特卫普大学Timothy Pennycook教授为国科大学子进行题为《电子叠层成像技术在辐照敏感材料以及电荷转移探测中的应用》的学术报告。
在报告的第一部分，Pennycook教授向师生介绍了电子叠层成像在超低电子剂量条件下的应用。他详细阐述了针对有机-无机钙钛矿这类高度电子束敏感材料的扫描透射电镜实验细节，并指出电子叠层成像能够突破普通成像手段（如低角环形暗场像、差分相位衬度像等）的空间分辨率极限，在极低电子剂量(~11e-/Å2)下实现原子级分辨。该报告显示出电子叠层成像在表征辐照敏感材料领域具有广阔的应用前景。基于电子叠层成像的超高分辨能力，Pennycook教授进一步对有机-无机钙钛矿的边缘截断与损伤机理进行了深入探讨，为该类材料在能源领域的应用提供了实验依据。
在报告的第二部分，Pennycook教授向师生介绍了电子叠层成像技术在电荷转移探测方面的应用。他详细阐释了如何从衍射图样中重构出相位信息，并在此基础上进行高阶像差校正的原理。通过在模拟与实验数据中应用电子叠层成像技术进行相位恢复，研究取得了高度吻合的结果，成功实现了原子间电荷转移的探测。这一成果充分展现了电子叠层成像技术在电荷转移研究领域的应用潜力。
本次报告在雁栖湖校区线下进行，多位师生到场参加。报告结束之后，几位师生与Pennycook教授就报告内容进行了交流和讨论。
本次学术报告的报告人Pennycook教授专注于先进扫描透射电子显微镜（STEM）技术。他于2012年获得范德堡大学博士学位，曾先后任职于牛津大学、维也纳大学以及斯图加特的马克斯·普朗克固态研究所，并于2019年受聘为安特卫普大学教授。目前，Pennycook教授正站在4D-STEM与电子叠层成像技术发展的前沿。而今，通过4D-STEM与电子叠层成像技术，他正再次推动电子显微镜的能力革新。
