復旦大學車仁超教授團隊聚焦于透射電子顯微鏡系統(tǒng)和先進電子顯微學技術的開發(fā)，自主設計并搭建了原位高溫（室溫-1200℃）、原位低溫（液氦溫度）、原位高頻電場、原位磁場、原位應力場等多物理場耦合的透射電鏡表征平臺，實時動態(tài)分析磁性材料、能源材料、半導體材料、電磁功能材料等多場耦合條件先下微觀結構演變規(guī)律，揭示材料外場響應的原子和電子結構變化機制，建立材料顯微結構與宏觀性能的構效關系，為材料的微納結構設計及優(yōu)化提供理論基礎，在此指導下研發(fā)出一系列高性能電磁功能材料及器件。特別開發(fā)了高分辨電子全息等表征技術，解決了磁性材料微觀結構及磁結構解析難的問題，并動態(tài)分析材料微區(qū)極化電場分布，從微區(qū)電磁場角度提出材料設計及性能優(yōu)化新機制，進一步指導磁性材料、能源材料、電磁功能材料等性能提升。
基于上述實驗平臺，復旦大學車仁超教授團隊及合作者利用自主研發(fā)的洛倫茲透射電子顯微鏡首次報道了高居里溫度二維鐵磁性材料Fe3GaTe2中混合型拓撲磁斯格明子的存在，進一步結合微磁學模擬以及電輸運測量解釋其產(chǎn)生的機理，相關成果發(fā)表于國際知名期刊《Nature Communications》。
磁性斯格明子是一種具有拓撲保護的納米尺度的自旋構型，在非平凡的新興現(xiàn)象和自旋電子存儲應用中引起了越來越多的關注。典型的應用是賽道存儲器，根據(jù)斯格明子沿著賽道移動，利用其存在或不存在來編碼信息。在同一材料中多種斯格明子共存為基于拓撲的自旋電子學設備的設計提供了新的自由度。例如在磁性存儲器中，一串二進制數(shù)據(jù)位可以通過兩種不同的斯格明子相來編碼。近年來由于二維范德華磁體的發(fā)現(xiàn)，關于磁斯格明子的研究已逐漸向低維尺度不斷延申。然而，能夠在室溫穩(wěn)定存在于二維磁體中的斯格明子仍很少被報道。
在此背景下，復旦大學車仁超教授團隊及其合作者生長了具有高居里溫度、高飽和磁化強度，強單軸各向異性的二維鐵磁性樣品Fe3GaTe2。利用原位洛倫茲透射電鏡在不同樣品傾斜角度下自旋結構強度分布的微妙變化，成功觀察并揭示了斯格明子和磁疇壁的自旋構型。進一步通過場冷策略實現(xiàn)了布洛赫型斯格明子和雜化型斯格明子的共存，且該共存相具有較高的熱穩(wěn)定性，在328 K溫度下仍穩(wěn)定存在。宏觀的電輸運測量表明Fe3GaTe2具有高于室溫的寬溫域的拓撲霍爾效應，其優(yōu)越的室溫性能為構建二維拓撲磁電功能器件提供了理想的材料平臺。
車仁超，復旦大學教授，博士生導師（材料物理與化學），2017年國家杰出青年基金獲得者（金屬材料的顯微結構與吸波性能），研究領域包括磁性物理、原位電子顯微學、微波吸收材料、能源材料微觀機制、半導體超晶格中遠紅外激光器與探測器等，著重于器件材料的顯微結構與性能的構效關系，共發(fā)表460多篇SCI論文，含通訊/第一作者350多篇，他引2萬多次，含48篇SCI高被引論文，H指數(shù)86。第一作者單篇最高他引1800多次，授權（申請）國家發(fā)明專利38項，通訊/第一作者論文含1篇Nature、5篇Nat. Commun.、9篇Adv. Mater.、1篇PNAS、9篇Adv. Energy Mater.、35篇Adv. Functional Mater. 、9篇ACS Nano等。先后主持3項科技部重點研發(fā)項目課題、10項國家自然基金項目（重點、2項儀器重大、杰青等）。2020年獲上海市自然科學一等獎（排名第1），2018年獲教育部自然科學二等獎（排名第1）。入選2019年上海市優(yōu)秀學科帶頭人、2013年教育部新世紀優(yōu)秀人才、上海市曙光學者和浦江學者計劃。獲得2008年Thomson Reuters“中國卓越論文研究獎”，2021-2023年連續(xù)三年獲得科睿唯安全球高被引學者。中國電子顯微鏡學會常務理事、中國晶體學會常務理事、中國超材料學會常務理事等。
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