【科研百人】曾晖、赵俊：执着一念 埋头研究

人物名片：曾晖，副教授，硕士生导师。2004年至2006年，就读湖南大学凝聚态物理专业硕士研究生，直接保送攻读博士学位；2006年至2009年，就读湖南大学材料物理与化学专业博士研究生，博士学位论文获得“湖南省优秀博士学位论文”。2007年至2009年，获得国家留学基金委的全额资助赴美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）物理系Prof. Leburton教授课题组从事两年的科学研究工作。2014年进入南京大学微结构国家实验室（筹）邢定钰院士课题组从事博士后科研工作。2015年入选“楚天学子”特聘计划。现为美国纳米协会特邀会员。

赵俊，副教授，硕士生导师。2007年毕业于四川大学原子分子物理学专业，获得硕士学位；同年，进入物电学院工作。2009年破格晋升讲师，2012年破格晋升副教授。2014年9月进入南京大学物理化学专业攻读博士学位。现为中国化学学会会员。

曾晖博士主要从事低维纳米材料的输运特性、电子结构、光学特性调制机理的理论研究和功能纳米材料器件的计算设计工作，先后主持国家自然科学基金2项、中国博士后科学基金1项、教育厅研究计划2项；此外还参与国家自然科学基金2项（排名第二）、省教育厅中青年团队研究计划项目1项。在国内外重要学术期刊发表SCI检索科研论文40余篇，以第一作者或通讯作者身份在物理化学和材料科学研究领域的国际知名杂志《ACS Nano》（IF=12.88）、《J. Phys. Chem. C》（IF=4.77）、《Appl. Phys. Lett.》（IF=3.82）、《Nanoscale Res. Lett.》（IF=2.89）、《J. Appl. Phys.》（IF=2.06）、《Solid State Commun.》、《Curr. Appl. Phys.》（IF=2.21）、《Eur. Phys. J. B》等发表SCI收录文章38篇。受邀为德国Springer-Verlag出版集团出版的英文学术专著《Topological Modeling of Nanostructures and Extended Systems》撰写综述1篇，获得荆州市自然科学优秀论文特等奖。担任20多家国外期刊的通讯审稿人，包括《Chem. Mater.》、《J. Phys. Chem. Lett.》、《Nanoscale》、《Carbon》、《Nanotechnology》、《Surf. Sci.》、《Molecules》、《Phys. Lett. A》、《J. Computational Electronics》、《J. Nanomaterials》。

赵俊老师主要从事分子膜开关和功能材料性能优化的理论计算研究，先后主持国家自然科学基金2项、参与国家自然科学基金2项（排名第二）。在国内外重要学术期刊发表SCI检索科研论文39篇，包括在《Science》杂志发表分子膜合作研究成果1篇；以第一作者或通讯作者身份在物理化学和材料科学研究领域的国际知名杂志《Nanoscale》（IF=7.39）、《J. Phys. Chem. C》（IF=4.77）、《Phys. Chem. Chem. Phys.》（IF=4.49）、《RSC Adv.》（IF=3.84）等发表SCI收录文章33篇。受邀担任国家自然科学基金通讯评审专家，获得湖北省自然科学论文二等奖1项，获得实用新型专利授权1项。担任10多家国外期刊的通讯审稿人，包括《Nanoscale》、《ACS Appl. Mater. & Inter.》、《J. Phys. Chem.》、《RSC Advances》、《Physica Status Solidi B》等。

曾晖博士和赵俊老师组成的研究团队在功能材料的计算设计方面进行合作，发表了26篇SCI检索论文，取得的科研成果主要在三个方面：

第一，研究了单壁碳纳米管中的各种缺陷——特别是拓扑缺陷和杂质缺陷，对单壁碳纳米管中电子态结构和电学输运特性的影响。发现了碳纳米管中的电子输运特性并不是随着空位原子缺陷数目的增加而单调减小，其电子输运特性是与空位缺陷结构的具体分布有关，特别是缺陷处的对称性对碳管中电子结构和电子输运有很大影响。另外，通过氮掺杂和硼掺杂能够有效地提高碳管中的电子输运特性，实现了点掺杂对一维碳纳米结构中的电子改性。此外，通过定量计算的方法分析了各种拓扑缺陷对碳纳米管中光学吸收和发射性能的影响机制，发展了低维碳纳米材料的原子层次模型，探索了包括拓扑缺陷与杂质缺陷及其各种复合缺陷结构对准一维碳纳米材料与二维碳纳米材料光学特性、电子结构、电子输运的影响机理。

第二，研究了各种功能化方法对锗基电子器件自旋电子学性质的调制机理，探索了化学功能化修饰与锗基二维纳米材料自旋劈裂之间的内在联系。采用非平衡格林函数的计算方法对上述研究模型进行了定量计算，分析了自旋电子器件的自旋过滤效率和自旋阀器件的巨磁阻值，提出利用甲基化学改性来提升锗基自旋电子器件输出效率的功能化材料器件设计方案，通过外加磁场来调控器件的自旋电子态基本性质能够获得非常高的巨磁阻，这为新型锗基二维纳米材料自旋电子学器件的设计提供的新思路。此外，还研究了空位缺陷和氢原子脱附对锗烷纳米带结构稳定性、电子结构、光学吸收和电子输运的影响。

第三，研究了一类新型的金表面寡肽分子开关。该开关体系通过施加不同的表面电势来调控寡肽SAM的构象，使其具有生物活性的头基暴露或隐藏，即处于“开”和“关”状态，从而实现生物活性的开关功能。为了更加清晰地阐明该体系的电场调控开关机理，有必要弄清体系内部电场作用的物理图像，以及由于强极化效应诱导的内电场分布和表面电势的分布规律，为以后建立更加完善的理论模型提供参考，并为将来实验上设计此类表面开关提供理论依据。在研究中提出了两种极化方法：基于部分电荷的Q-POL方法和基于片段偶极矩的Dfrag-POL方法来研究体系的极化效应。结果显示Non-POL模型不能很好地重现“开”过程，而采用Q-POL极化模型则能很好地描述ON态，当外电场作用后，生物素头基伸直，暴露于亲和素周围，能有效地与其结合。基于量子力学计算和分子动力学模拟，研究了不同长度短链填充的自组装单分子膜体系，计算结果表明主客体分子的结合能(∆E)随离子对结合点距疏水表面距离的变化是近似线性的，这与实验报道的结果一致。

近5年来，在国家自然科学基金多项项目资助下，以曾晖和赵俊博士为骨干的功能材料计算设计研究团队，围绕低维纳米材料的自旋电子学性能调控、光电特性的调制机理、拓扑电子材料器件的理论设计等方面开展了大量的研究工作，探索了各种缺陷结构对低维纳米材料的电子结构、电子输运性质、自旋电子学特性、光电特性影响的物理机制，发展了多尺度的计算方法和分析手段，确立了结构、外场对低维纳米材料光电特性的调制的作用机理与参数控制体系，建立了一套新的理论模型和计算机分子动力学模拟方法，探索结构和量子特性之间的关系，为低维纳米电子器件性能的准确预测提供了新方法，为功能化电子器件的计算设计提供了一定的理论参考。

（编辑 陆峰）