获奖项目：磁电演生新材料及高压调控的量子序

　　主要完成人：靳常青（中国科学院物理研究所)，望贤成（中国科学院物理研究所)，刘清青（中国科学院物理研究所)，邓正（中国科学院物理研究所)，禹日成（中国科学院物理研究所)

　　推荐单位：中国科学院

　　获奖等级：国家自然科学奖二等奖

　　项目简介：

该项目属于凝聚态物理学科领域，磁电演生(emergent)材料由于自旋和电荷与轨道等的多体相互作用，呈现极其丰富的量子特性和重大应用前景；设计结构组分简单的新材料、揭示和拓展调控量子序的新路径，是推动磁电演生材料研究跨越的重大前沿和科学难题。作为决定物质状态的基本参量，高压可以形成常规条件难以产生的全新结构和状态，对量子功能形成独特调控。本项目以发现磁电演生新材料及量子序的高压调控为目标，围绕铁磁、反铁磁及强自旋轨道耦合3类典型磁电相互作用，系统深入的开展了新体系的原创研究。主要科学发现包括：

1、发现并命名了国际公认的铁基超导主要体系之一的“111”体系。“111”体系是对铁基超导的重大拓展，铁基超导发现者Hosono教授将“111”列为3个主要铁砷超导体系之一。“111”体系是由中国科学家于2008年6月独立发现的第1个铁基超导体系，和此前掀起铁基超导热的“1111”及“122”体系相比，“111”体系具有几个它们不具备的突出特点（I）无需化学掺杂即可超导，排除了无序等非本征因素的复杂干扰；(II) 结构简单，易于提炼形成超导的基本要素；（III）解离面无极性，保证了表面和体态磁电结构严格一致；“111”体系成为研究基于反铁磁涨落的铁基超导本征物性的理想结构，比如主要成员LiFeAs呈现无费米面嵌套的重要特征：明确排除了普遍存于此前体系的嵌套并非铁基超导必要条件，一举扭转了基于嵌套现象对铁基超导的流行认识，改写了铁基超导机理研究进程。发现“111”体系的文章单篇他引594次，有37个国家和地区302个研究单位开展了针对“111”体系的广泛深入研究，“111”体系的发现引发了铁基超导新一波研究热潮。

2、首次研制并发现了系列铁磁演生材料及量子序。基于LiZnAs的自旋和电荷掺杂机制分离的稀磁半导体，突破了长期制约稀磁半导体的自旋和电荷掺杂捆绑瓶颈，开拓了新一类稀磁半导体研究；LiZnAs可看做LiFeAs的拓展，相比结构类同的经典稀磁半导体（Ga,Mn)As，新体系的显著特点包括能够独立调控自旋和电荷注入，具有晶格匹配的超导和磁有序对应体系，为研制面向应用的稀磁半导体p-n节以及和超导与磁的多组合异质结、揭示新的物理效应提供了重要结构载体；基于BaRuO3的新巡游磁体，揭示了化学键强度对这类非磁性元素铁磁序的关键调控，推翻了此前主流理论预测，修正了国际上对Ru巡游磁性发现半个世纪以来的认识。研究工作入选PNAS、Nature China亮点介绍，并荣获ICDD突出贡献奖。

3、揭示了压力诱导的强自旋轨道耦合量子序演化新现象，在国际上首次发现了压力诱发的拓扑化合物宏观量子凝聚，实现了对拓扑量子序向纯净物理调控的拓展，研究工作入选2011年度中国百篇最具影响论文，是2012年中科院杰出科技成就集体奖的内容之一。

项目发表20篇论文，含Nat. Commun. 1篇、PNAS 2篇、JACS 2篇、Phys. Rev. 系列8篇，8篇代表性论文他引866次，授权发明专利12项。靳常青以项目工作为主当选美国物理学会会士，荣获中国物理学会叶企孙物理奖等奖项，并在包括美国物理学会年会、国际高压科学和技术大会、国际超导材料和机理大会等领域重要国际会议做邀请报告39个。

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