报告题目：纳米材料结构和性能的理论研究

报 告 人 ：杨小宝教授

报告时间：2018年5月14日（周一）下午4:30

报告地点：化学楼二楼一号会议室

邀 请 人 ：杨利明研究员

报告人简介：

杨小宝，博士，华南理工大学教授。1999年进入清华大学物理系，2003年本科毕业后于本校硕博连读，于2008年1月获得博士学位; 之后在香港城市大学从事博士后研究，于2010年6月入职华南理工大学物理系任副教授，2012年8月晋升为教授，2013年8月增选为博士生导师。主要从事纳米材料的理论研究，在国际刊物 J. Am. Chem. Soc.、Nano Research、Phys. Rev. B、Appl. Phys. Lett.等发表 SCI 论文 73 篇（其中第一/通讯作者 44 篇），论文被同行引用 1090 次（其中第一/通讯作者 701 次），单篇论文他人引用最高次数为 153 次，先后主持完成国家自然科学基金面上项目、省部级项目等10项，于 2013 年入选广东省高等学校优秀青年教师培养计划，2014 年获得广东省杰出青年基金，入选广东省特支计划。

报告摘要：

纳米材料结构多样，性能丰富，备受关注。在本报告中，我们通过三个方面讲述理论计算（包括第一原理方法、建立模型势、结构搜索等）在纳米材料研究中的应用。

1）结合实验研究纳米材料的性能调控。我们发现在氢饱和的硅纳米线表面的悬挂键缺陷可以是体系出现空穴载流子，呈现p-型半导体特性，并可以制备相应的p-n 结和场效应管等纳米电子器件，而缺陷对应的过渡能级对吸附分子敏感，通过不同分子的吸附可以改变能级的位置使器件中的载流子浓度变化，可以设计成为识别不同分子的探测器件；研究了硒纳米带的电学性质，发现不同原子或基团在其表面吸附对电学性质有很大的影响，指出表面的氢原子或羟基的吸附都可以使体系呈现p-型导电性；对于碲纳米结构，我们建立了基于范德华相互作用的键能模型，通过Wang-Landau 方法计算了不同形状纳米结构的构型熵，研究了不同温度下纳米结构形状的演化，并和实验符合。[J. Phys. Chem. C 115, 18453 (2011)，CrystEngComm，14，1942（2012），RSC Adv 4, 22004(2014)]

2）基于结构识别的全局搜索和材料设计的方案。我们关注的是特殊问题的结构搜索,比如金刚石量子点、合金结构、C60上的替换、硼平面结构中空位的分布等,原子基本在特定的晶格附近,而初始的分布是关键。对结构编码实现快速识别，在遍历计算中避免重复结构，保证样本多样性；建立体系能量和性质与子结构的关系，采取蒙特卡洛树搜索方案，有效解决结构搜索问题，实现以性能为导向的材料设计。对于碳族相关体系，我们确定了不同数目硼、氮原子在富勒烯体系上替换掺杂的稳定结构；对于石墨烯团簇，我们提出了有效描述体系电子性质的模型，实现了基于性能的结构搜索，并将该方法推广到其他相关体系。对于半导体固溶体，我们考虑了不同浓度对应的可能结构，并进行了高通量第一原理计算，根据形成焓解释了实验中稳定结构的浓度分布。 [RSC Adv 7, 37881（2017），Sci. Rep. 7, 16211(2017），ACS Photonics 4, 2556（2017），J. Chem. Phys.148, 014306 (2018)]

3）硼纳米体系的研究。稳定的硼平面纳米结构是三角晶格碎片加上合适比例的空位，对应的是硼原子和空位形成的“合金”结构，我们确定了不同尺寸下稳定的硼团簇结构，并讨论了在不同衬底下硼平面结构的演化，预测了一系列具有半导体特性的硼平面单层结构，为硼纳米结构研究提供新的思路，有可能使其成为媲美石墨烯的新型材料。[J. Chem. Phys. 142,214307(2015),Nano Research 9, 2616(2016),J. Phys.Chem.C121,11950 (2017),J. Am. Chem. Soc. 139, 17233(2017)]