近日，我校物理学院赵锦柱副研究员课题组在与实验小组的合作研究中取得了一系列研究成果。

2026年8月，赵锦柱副研究员与江苏大学、扬州大学等单位合作，在压电催化制备过氧化氢（H2O2）研究方面取得重要进展。研究开发硫合金改性的二维压电( Bi2O2Se1-xSx)纳米片，利用超声波提供机械能量，在纯水-空气体系中实现高性能H2O2合成，并揭示动态应变调控催化中间体的全新机制，为开发新型机械驱动催化剂提供新思路。论文题为“Ultrasonically Driven Efficient H2O2 Production via Sulfur Alloying in Piezoelectric Bi2O2Se1-xSx Nanosheets”，发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。赵锦柱副研究员与江苏大学李顺教授、扬州大学张哲助理教授为共同通讯作者。

过氧化氢（H2O2）是一种重要的绿色氧化剂和潜在的能源载体，广泛应用于化学合成、环境修复、消毒及能源存储等领域。然而，目前工业H2O2生产仍高度依赖能耗高、污染重的蒽醌法，且后续的浓缩、储运过程存在显著安全风险。电催化与光催化虽为潜在替代方案，但分别受制于持续电力输入和太阳能转换效率低的问题。近年来，压电催化作为一种新兴策略备受关注——它利用自然界普遍存在的机械能（如水流、振动等）驱动压电材料产生内建电场，从而引发氧化还原反应。然而，现有压电催化体系普遍存在载流子密度不足、表面反应动力学缓慢等瓶颈，严重制约了H2O2的产率。二维Bi2O2Se材料具备高迁移率和本征压电性，因而在压电催化领域具有极大优势。

研究团队通过将硫（S）部分取代硒（Se），在Bi2O2Se晶格中引入不对称畸变和电荷重分布。硫的较小离子半径和更高电负性，增强了Bi–O键刚性、打破局域反演对称性，从而显著提升了压电系数、载流子浓度/迁移率及氧气活化性能，实现“一石三鸟”的协同优化。实验结果表明，最优组分Bi2O2Se0.7S0.3在超声激励下，H2O2产率可达4.8mmol.g-1.h-1，较原始Bi2O2Se提升两倍以上，性能超越多数已报道的压电催化及光催化体系。催化剂经循环活性无衰减，且仅有微量金属溶出，证实其结构高度稳定。

结合原位光谱、自由基捕获、同位素示踪实验与第一性原理理论计算（赵锦柱负责理论模拟指导），研究首次提出，超声引起的周期性拉伸-压缩应变可动态调控关键中间体（*OOH）吸附能：压缩应变显著降低OOH形成能垒，拉伸应变则削弱H2O2吸附、促进产物脱附。这种动态切换将中间体稳定与产物释放解耦，突破了传统Sabatier原理的权衡限制，为设计高效机械响应催化剂提供了理论支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.1286149

2026年6月，《Physical Review Letters》在线发表了南方科技大学陈熹翰副教授和我校物理学院赵锦柱副研究员课题组的合作研究论文“Enhancing Hot-Carrier Lifetime through Spin Splitting and Strain Interaction in Chiral Perovskite Materials”。论文的共同第一作者为南方科技大学博士后黄玉玲和我校物理学院博士生罗晓烽，赵锦柱副研究员与陈熹翰副教授为共同通讯作者。

现代凝聚态物理研究关注对电子性质（如能带分裂、带隙调控和手性诱导的自旋选择性）进行动态控制。这些效应不仅对于调控电子态以优化载流子动力学至关重要，而且在光电器件和量子信息处理等领域也具有关键应用。传统的调控方法，例如通过金刚石对顶砧或异质结构施加静态应变，虽然能够有效地移动带边或打破空间对称性，但根本缺乏实现电子态真正可逆且超快调控所需的时间分辨率和非侵入性。此外，这类技术常常在热学或力学上对系统产生干扰，从而掩盖了纯粹的电子响应或手性响应。光学激发作为一种强大的替代手段应运而生，能够在飞秒至皮秒的时间尺度上诱导瞬态能带重整化、载流子介导的晶格响应以及光热应变。利用热弹性应力和形变势，经过精心设计的光偏振态和脉冲序列能够选择性地作用于具有确定角动量（如磁振子）的电子态，从而为实现自旋极化能带的相干控制和谷选择性现象提供了一条无需机械接触的途径。

在此研究中，作者展示了一种在二维手性钙钛矿中，通过全光学手段实现载流子应变介导的自旋分裂巨幅增强（100 meV）的调控方式。超快圆二色性测量和第一性原理计算表明，限域光生激子产生的各向异性应变增强了自旋分裂，从而创建了一条自旋依赖的热载流子弛豫路径，并将热载流子寿命延长至原来的三倍。这项研究结果为相干自旋操纵建立了一种通用的光学策略，并为开发基于自旋的热载流子器件开辟了新途径。

论文链接：https://doi.org/10.1103/9tfy-gp2t

2026年4月，南开大学吴金雄教授与我校物理学院赵锦柱副研究员、中国石油大学王璟岳教授等人，在《National Science Review》上发表题为“Transport signatures of gate-tunable topological phase transition in ultrathin β-Ag2Te”的论文。共同第一作者为南开大学博士生艾威和我校物理学院博士生罗晓烽。赵锦柱副研究员与吴金雄教授、王璟岳教授为共同通讯作者。

本文研究了拓扑相变（TPT）在凝聚态物理中的重要性及其在下一代低功耗电子器件中的潜在应用。传统的TPT主要通过结构修饰和化学掺杂来实现，但这些方法在实际器件应用中面临重大挑战。本工作提供全电学栅压调控拓扑相变的器件级直接输运实验证据，证实量子限制斯塔克效应可以用来操控材料的拓扑不变量，建立电场工程拓扑物态的研究范式。演示利用 SdH 振荡、贝里相位突变作为拓扑相变的实验判据，为窄带隙拓扑材料开展栅控拓扑相变研究提供一套可借鉴的实验分析方案。本研究实现了拓扑相变场效应晶体管（TPTFET）原型，区别于传统拓扑绝缘体器件（本征表面态金属化，很难实现大开关比），为下一代低功耗拓扑电子器件提供新的器件概念。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag229