近期，我院应用物理学专业本科生朱怡杰同学连续以第一作者身份在物理学国际主流期刊Physical Review B 和 Physical Review Applied上发表研究论文（Phys. Rev. B 108 (12), 125413 (2023)；Phys. Rev. Applied, 18 (2), 024012 (2022)）。论文研究成果为该同学主持的国家级大学生创新训练计划项目的主要成果。
朱怡杰同学自入校后就进入王建利副教授课题组进行科研训练。该同学认真学习专业基础知识，为科研训练打下了坚实的理论基础，学习成绩优异，连续两年获得国家奖学金。大一顺利通过英语四、六级考试，具有较好的英文写作能力。在大学生创新训练计划项目的资助下，利用寒暑假和周末开展课题研究工作，培养自旋电子器件设计技能和解决实际问题能力。获得以下主要研究结果：
(一) 低维Ⅲ族氮化物具有优异的物理性质，然而其本征非磁特性阻碍了其在低维自旋电子学领域的应用。最近二维磁体的成功制备提供了新的机遇：通过将二维氮化物半导体如AlN与二维室温本征铁磁半导体VSe2组成异质结，可以利用电子自旋自由度或同时操作电子的电荷自由度和自旋自由度进行数据加工处理、存储与传输，开发新一代超高速、低功耗、多功能和非易失性的低维自旋电子器件。后摩尔时代界面亦是器件，范德瓦尔斯磁性异质界面的电荷性质有待深入研究。我们提出结合第一性原理和自洽求解薛定谔-泊松方程组的方法研究范德瓦尔斯异质界面电荷性质，并以AlN/VSe2范德瓦尔斯异质结为例探索了其电磁性质。
研究结果表明，AlN/VSe2范德瓦尔斯异质结呈现出优越的物理特性，如大导带带偏、铁磁基态、磁各向异性和高居里温度。同时，施加应力和电场可以很好地对其带阶类型和居里温度进行调控。当施加7%的拉伸应力时，AlN/VSe2异质结的居里温度可以被提升至接近室温的277 K。和AlN组成异质结后，易磁化轴仍然保持面内方向，与单层VSe2相同。通过自洽求解一维薛定谔-泊松方程组，我们得到了AlN/VSe2异质结的导带分布、波函数、平均电荷位置等界面性质。结果表明，面载流子密度是调节异质结界面性质的一个重要参数，面载流子密度的变化可以有效地调控能级和界面电场强度，并使导带发生倾斜。
AlN/VSe2异质结的导带分布、波函数、平均电荷位置、能级以及界面电场强度。
本科生朱怡杰是该论文的第一作者，该同学已保送南京大学物理学院研究生。王建利副教授为通讯作者，白冬梅博士、许昌学院李明副教授、印第安纳州立大学张国平教授、张俊廷副教授参与了指导。该工作得到陈雷鸣教授、中法航空大学王艳成研究员、中国矿业大学重大项目培育专项(2020ZDPYMS28)、厚理计划支持。
(二) 随着半导体自旋电子器件小型化，界面本身亦是器件。界面极化电荷在异质结器件中扮演重要的角色，需要深入理解范德瓦尔斯磁性异质结的界面和输运特性。新型MoSi2N4型材料体系不仅具备半导体特性，还呈现本征铁磁性、高居里温度和磁各向异性。结合第一性原理计算和Schrödinger-Poisson数值模拟，系统地研究了InN/VSi2P4异质结的界面和输运性质。
范德瓦尔斯InN/VSi2P4异质结中，VSi2P4层呈现铁磁基态、稳定的易化轴、高居里温度和高迁移率等独特的电子性质和磁学性质。通过静电掺杂，成功实现InN/VSi2P4异质结从半导体到半金属的转变，显著提高了电导率。通过调节面电荷密度，可以有效调控InN/VSi2P4异质结的导带分布、平均电荷位置和界面电场，并在一定电压范围内增加电容。研究结果表明，InN/VSi2P4异质结具有铁磁基态、高居里温度、稳定的易磁化轴、高迁移率和高电导率等优越物理性质，在低维自旋电子器件领域具有广阔的应用前景。
范德瓦尔斯InN/VSi2P4异质结在不同掺杂浓度下的电导率。
本科生朱怡杰是该论文的第一作者，王建利副教授为通讯作者。该工作得到陈雷鸣教授、材料与物理学院物理学科开放课题(2022WLXK02)支持。
材料与物理学院坚持育人为本，致力于培养德智体美劳全面发展的高素质人才，注重通过第一、第二课堂提升学生的科技创新能力。学院通过本科生导师制、科研训练拓展课程、探索性实验项目、大学生学科竞赛等课内外机制实现创新创业培养的全覆盖。近年来本科生发表高水平科研论文30余篇；年均获批各类大创项目40余项；年均获得各类省级以上创新创业奖励30余项。
朱怡杰本科期间发表学术论文：
1. Yijie Zhu(朱怡杰), Meng Su, Haoshen Ye, Dongmei Bai, and Jianli Wang(*), Interface and transport properties of InN/VSi2P4 van der Waals magnetic heterostructures, Phys. Rev. B 108 (12), 125413 (2023).
2. Yijie Zhu(朱怡杰), Dingwen Zhang, Haoshen Ye, Dongmei Bai, Ming Li, G. P. Zhang, Junting Zhang, and Jianli Wang(*), Magnetic and electronic properties of AlN/VSe2 van der Waals heterostructures from combined first-principles and Schrödinger-Poisson simulations, Phys. Rev. Applied, 18 (2), 024012 (2022).
3. Haoshen Ye, Yijie Zhu(朱怡杰), Dongmei Bai, Junting Zhang, Xiaoshan Wu, and Jianli Wang(*), Spin valve effect in VN/GaN/VN van derWaals heterostructures, Phys. Rev. B 103 (3), 035423 (2021).
4. Haohao Sheng, Yijie Zhu(朱怡杰), Dongmei Bai(*), Xiaoshan Wu, and Jianli Wang(*), Thermoelectric properties of two-dimensional magnet CrI3, Nanotechnology, 31 (31), 315713 (2020).
