团队介绍

本团队聚焦于前沿量子物质科学及其应用技术研究的交叉领域，致力于实现从基础物理到产业应用的全链条创新。基于先进材料制备、微纳加工与精密测量技术，探索拓扑物理、自旋电子学、和超导电子学中的关键科学问题，推动量子功能材料与器件的实际应用。在基础研究层面，团队主要依托分子束外延技术，实现多种量子功能材料的原子级精确制备。通过微纳加工技术将其构筑成各类微纳器件，并利用低温、多场（电、磁、热等）极端测量系统揭示新物性、实现量子态精准调控。在应用研究方面，团队专注于拓扑量子计算、自旋存储器件、柔性可穿戴传感器和微波介质基板等方向。近五年来承担省部级以上科研项目5项，纵向经费300余万元，发表SCI论文40余篇。

团队负责人

何庆林，博士，教授，博士生导师，国家海外引才计划青年项目入选者，长期从事分子束外延生长半导体、拓扑材料、量子材料、磁性材料、超导材料等薄膜、异质结、超晶格及纳米结构，专注自旋电子、（拓扑）量子效应的研究。聚焦分子束外延（MBE）技术与（拓扑）量子材料器件的制备、调控与应用。他带领研究团队在发展分子束外延生长技术方面取得了重要进展，实现了多种拓扑材料的高质量制备和精准物性调控，形成了从材料设计、可控生长到器件物理研究的完整研究体系。在异质结界面工程方面，他创新性地提出了多种量子结构设计新思路，实现了对量子态的有效调控，为探索新颖量子效应提供了重要平台。在微纳加工技术方面，他自主研发了新型器件制备工艺，解决了多种量子材料在器件化过程中的关键技术难题。其研究工作注重基础研究与实际应用的结合，在拓扑量子材料的物性研究和器件探索方面形成了鲜明特色。同时拥有 MBE 技术专利，推动设备国产化与外延片产业化，联合企业开发射频/光电器件外延工艺，建设中试基地，形成“设备-材料-器件” 协同创新生态。

邮箱：qlhe@dgut.edu.cn       办公地点: G2栋402

团队成员

赵旭鹏，男，博士，特聘副研究员。2018年于中国科学院大学获得博士学位，2018-2020年为中国科学院半导体研究所博士后。2020-2022年为中国科学院半导体研究所助理研究员，2022年5月加入东莞理工学院。长期从事自旋电子学材料和器件物理研究，专长于磁性异质结构的分子束外延生长技术、微纳器件加工、亚铁磁物理和自旋轨道力矩效应研究。主持国家自然科学基金青年项目1项，发表SCI论文30余篇，获授权发明专利4件。主要讲授集成电路制造工艺、电介质物理和半导体制程设备技术等课程。

邮箱：zhaoxupeng@dgut.edu.cn， 办公地点: G2栋205

艾远飞 男，博士，校聘副研究员 2018年博士毕业于电子科技大学。2021年入职东莞理工学院国际微电子学院。主要从事柔性电子皮肤、可穿戴传感器、运动与生物监测传感器等方向研究，在Nano Energy, ACS Nano等高水平期刊上, 发表学术论文20余篇，他引800余次。主持广东省基础与应用基础研究基金委员会青年基金、东莞市东莞市社会发展科技项目、广东省科技创新战略专项资金等4项。

邮箱: aiyf@dgut.edu.cn，办公地点: G2栋205

牛高强，男，博士，讲师，2023年毕业于南方科技大学，物理学专业。主要从事MEMS工艺开发、半导体传感器设计、半导体光伏等方向的研究工作。近年来，在相关研究领域以第一作者发表多篇SCI论文；在IEEE MEMS、Transducers、NEMS、ICEPT等国际会议发表论文多篇，此外申请并获批中国专利2项，国际专利1项。

邮箱：niugaoqiang@dgut.edu.cn，办公地点：G2栋205

罗福川，男，博士，讲师。2020年毕业于电子科技大学，材料科学与工程专业博士，加州大学伯克利分校访问学者。主要从事柔性复合介质基板的研究工作。主持广东省粤莞联合基金1项，发表SCI论文10余篇，授权国家专利1项。

邮箱：luofuc@dgut.edu.cn，办公地点：创新楼G2 202

姜明慧 女，讲师，2020年博士毕业于吉林大学。2020年入职东莞理工学院国际微电子学院。主要从事聚合物光波导器件方向研究。在相关领域发表多篇SCI论文；

邮箱：jiangmh@dgut.edu.cn 办公室：9A409

在读研究生

2025级：张向勇、肖琨、江镇城

2024级：张博文、陈景泉

2023级：李健城

科研方向

1. 拓扑自旋电子学与量子调控

本方向的核心是探索和利用拓扑材料中自旋依赖的新奇量子效应，旨在为下一代低能耗、非易失性、高速度的自旋电子学与量子信息技术提供原理性解决方案。研究背景源于传统电子学面临的能耗与物理极限挑战，而拓扑材料独特的自旋动量锁定、手性边缘态等特性为高效的自旋产生、传输和操控提供了全新路径。团队致力于通过分子束外延技术精确合成磁性拓扑材料、异质结及本征拓扑磁体，以此作为研究平台，核心科学问题包括：如何实现量子反常霍尔效应等拓扑量子态在更高温度下的稳定存在；如何利用电流、电场等手段高效地调控其磁化与拓扑序；如何探索由拓扑与超导耦合衍生的手性马约拉纳费米子等新奇准粒子。团队在非互易输运、量子干涉、拓扑态切换等方面已取得系列突破。未来，我们将聚焦于拓扑自旋扭矩、手性自旋结构的动态产生与调控、以及拓扑计算原型器件的构建，力求在实用化拓扑自旋电子学器件和量子模拟方面取得重大突破。

2. 量子材料异质结的界面工程与协同效应

该方向聚焦于利用分子束外延技术，在原子层面设计和构建“拓扑绝缘体/磁性材料/超导体”等多元素异质结，通过精准的“界面工程”人工创制出在单一材料中无法实现的新物态与新功能。其科学背景是界面处强烈的邻近效应（如磁近邻、超导邻近）可以打破对称性，诱导出强烈的自旋-轨道耦合、磁交换相互作用，从而成为衍生量子反常霍尔效应、拓扑超导等拓扑量子态的摇篮。团队的核心科学问题是理解和掌控界面的原子结构、电子重构与耦合强度，从而实现对异质结整体量子态的有效设计与调控。我们在反铁磁异质结的交换偏置效应、界面诱导超导等方面形成了特色优势。展望未来，我们将探索更广泛的材料组合（如与反铁磁、多铁性、高迁移率半导体结合），致力于揭示界面量子态的新奇物理，并实现对外场（光、电、磁）具有灵敏响应的智能量子界面，为开发新型量子传感器和逻辑单元奠定基础。

3. 面向器件的拓扑材料合成与微纳加工技术

该方向是连接前沿物性发现与未来器件应用的桥梁，强调通过材料合成与微纳工艺的创新，保障拓扑量子态在器件中得以存活和展现。其背景是拓扑量子现象极其脆弱，传统的材料生长和器件制备流程极易引入缺陷和污染，湮灭其本征特性。团队的研究融合了半导体行业顶尖的MBE外延技术与自研的原位微纳加工技术，动机是实现从材料制备到器件封装的“超洁净”全流程，彻底解决界面污染和损伤问题。我们不仅在磁性拓扑材料生长方面经验深厚，在宽禁带半导体（如CaS, MgS）等领域也有深厚积累，这为与常规半导体技术融合提供了可能。未来，我们将致力于发展异质结的原位范德华转移、与硅基/宽禁带半导体工艺的异质集成等关键技术，目标是在宏观尺度上制备出高性能、高一致性的拓扑量子器件阵列，推动拓扑自旋电子学、拓扑逻辑运算器件从实验室走向应用。

4. 面向非易失性磁性存储器的全电学写入机理

为了实现SOT驱动垂直磁矩的确定性翻转，通常需要施加平行于电流方向的面内磁场。这一辅助磁场的作用是用来打破垂直磁化矢量相对于面内自旋极化电子的对称性。本团队利用分子束外延设备在GaAs衬底上制备了高晶体质量、良好垂直磁各向异性的Co₂MnSi/D0₂₂-Mn₃Ga双层膜。通过密度泛函理论计算表明，该双层材料界面处存在显著的磁化梯度，从而诱导产生强烈的层间Dzyaloshinskii−Moriya相互作用（DMI）。这种对称性破缺使得在霍尔桥器件中实现了高效的零场SOT翻转。直流电流下反常霍尔曲线的横向偏移证实了零场下较高的SOT效率χ_SOT。此外，通过分析SOT翻转行为对平面磁场H_x的依赖性，发现DMI有效场H_g-DMI的强度高达60 Oe。这项研究证明利用面外磁化强度梯度实现全电学SOT翻转具有可行性，并为下一步通过增大组分变化范围或设计磁性双层膜，从而构建更高磁化强度梯度以实现零场下高SOT翻转比例奠定了初步实验基础。

图1. (a,b)磁性双层膜异质结构及非共线自旋结构示意图；(c-e) SOT翻转曲线。

5. 高性能PTFE基体复合微波介质基板的优化调控

随着5G中后期和6G通讯时代的到来，高频介质基板必须同时满足具有极低tanδ和近零τε值，而且复合基板的εr大小可以根据需要调节。传统的无机陶瓷材料由于具有优异的微波介电性能和良好的力学性能，近年来被作为填充物掺杂到PTFE基体中制备复合微波介质基板，以实现对复合基板介电性能的优化调控，从而为PTFE基介质基板的大规模商用提供了可行性。本团队对无机填充物表面氟化改性流程及基板内部微结构致密化过程进行了研究。研究发现，决定无机填充物能否与PTFE形成致密微观结构的关键因素是填充物表面特征键的氟化改性处理流程。根据硅烷偶联剂作用于无机填充物表面的化学反应机理，决定改性效果的关键因素是填充物表面有效-OH的含量。通过XPS分析对F原子的自旋轨道吸收峰进行比较，研究偶联剂表面的-CF₃官能团；并通过对样品在C_1s自旋轨道的吸收峰进行分峰拟合处理，研究C原子的化学成键状态。通过FTIR红外图谱确定偶联剂中有机官能团是否被成功的嫁接到无机填充物表面，最终实现了对改性效果的有效表征。

图2 无机填充物表面氟化改性流程及基板内部致密微结构的化学机理

6. 高选择性高性能半导体MEMS气体传感器研究

本团队深入研究了金属氧化物半导体气体传感器的传感机理，构建“制备方法-材料结构-气敏性能-传感机理”的研究路线。前期研究实现了对部分目标气体的高灵敏高选择性检测（甲醛，丙酮，酒精，H₂S，SO₂，NO₂，H₂…）；除此之外致力于MEMS微加热器件设计的设计，实现传感器的规模化制备及低功耗设计，同时探索基于MEMS气体传感器阵列的智能化应用。

图3 MEMS气体传感芯片及相关应用

团队代表性科研成果

[1] Y. Fu, Y. Huang, and Q. L. He*, “Non-reciprocal Coulomb drag between Chern insulators”, Nature Communications 16, 3058 (2025).

[2] Y. Huang, Y. Fu, P. Zhang, K. L. Wang and Q. L. He*, “Inducing superconductivity in quantum anomalous Hall regime”, Journal of Physics: Condensed Matter 36 (2024) 37LT01.

[3] H. Sun#, Y. Liu#, D. Huang, Y. Fu, Y. Huang, M. He, X. Luo, W. Song, Y. Liu, G. Yu, Q. L. He*, “Nonvolatile magnetization switching in a single-layer magnetic topological insulator”, Communications Physics 6, 222 (2023).

[4] H. Sun, Y. Huang, M. He, Y. Fu, S. Zheng, B. Zhang, C. Wang*, Q. L. He*, “Chiral and helical states in selective-area epitaxial heterostructure”, Communications Physics 6, 204 (2023).

[5] M. He, Y. Fu, Y. Huang, H. Sun, T. Guo, W. Lin, Y. Zhu, Y. Zhang, Y. Liu, G. Yu, Q. L. He*, “Intrinsic and extrinsic dopings in epitaxial films MnBi2Te4”, Journal of Physics: Condensed Matter 35 (2023) 295701.

[6] M. He, Y. Huang, H. Sun, Y. Fu, P. Zhang, K. L. Wang, Q. L. He*, “Probing the percolation in the quantum anomalous Hall insulator”, New Journal of Physics 25, 033003 (2023).

[7] M. He, Y. Huang, H. Sun, Y. Fu, P. Zhang, C. Zhao, K. L. Wang, G. Yu, and Q. L. He*, “Quantum anomalous Hall interferometer”, Journal of Applied Physics 133, 084401 (2023).

[8] Y. Huang, H. Sun, M. He, Y. Fu, P. Zhang, K. L. Wang, Q. L. He*, “Bias-modulated switching in Chern insulator”, New Journal of Physics 24, 083036 (2022).

[9] H. Sun, Y. Huang, P. Zhang, M. He, Y. Fu, K. L. Wang, Q. L. He*, “Topological transitions in the presence of random magnetic domains”, Communications Physics 5, 217 (2022).

[10] Q. L. He*, “Stencil lithography for in-situ fabricating quantum devices”, Chinese Journal Vacuum Science and Technology, 2023, 43(3): 163-176.

[11] Q. L. He*, T. L. Hughes, N. P. Armitage, Y. Tokura, K. L. Wang*, “Topological spintronics and magnetoelectronics”, Nature Materials 21, 15-23 (2022).

[12] A. J. Grutter, Q. L. He, “Magnetic proximity effects in topological insulator heterostructures: Implementation and characterization”, Physical Review Materials 5, 090301 (2021).

[13] Q. Yao, Y. Ji, P. Chen, Q. L. He and X. Kou, “Topological insulators-based magnetic heterostructures”, Advances in Physics: X, 6:1, 1870560 (2021).

[14] H. Sun, Q. L. He*, “Physical problems and experimental progress in layered magnetic topological materials”, Acta Physica Sincia 70, 127302 (2021).

[15] L. Pan#, X. Liu#, Q. L. He#, A. Stern, G. Yin, X. Che, Q. Shao, P. Zhang, P. Deng, C.-Y. Yang, B. Casas, E. S. Choi, J. Xia, X. Kou and K. L. Wang*, “Probing the low-temperature limit of the quantum anomalous Hall effect”, Science Advances 6: eaaz3595 (2020).

[16] X. P. Zhao, J. H. Zhao, Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya interaction in spintronics. npj Spintronics, 3, 25 (2025).

[17] Zhao X P, Zhang S, Han R, et al. Field-free spin–orbit torque switching in a perpendicularly magnetized bilayer with a large interfacial saturation magnetization gradient[J]. Applied Surface Science, 2025, 688: 162388.

[18] Zhao X P, Sun H, Han R, et al. Enhanced interlayer Dzyaloshinskii–Moriya interaction and field-free switching in magnetic trilayers with orthogonal magnetization[J]. APL Materials, 2024, 12(4): 041103

[19] Zhao X P, Sun H, Tong S, et al. Manipulation of perpendicular magnetic anisotropy and spin–orbit torque switching behavior in ferrimagnetic D022-Mn3Ga based multilayers[J]. Applied Physics Letters, 2023, 123(4): 042407

[20] Han R K, Liu L, Sun H L, et al. Large tunable perpendicular magnetic anisotropy in ultrathin co-based ferromagnetic films induced by antiferromagnetic δ-Mn[J]. Physical Review Applied, 2023, 19(2): 024033.

[21] Zhao X P, Mao S, Wang H, et al. Antiferromagnet-mediated spin–orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized L1-MnGa[J]. Applied Physics Letters, 2021, 118(9): 092401

[22] Zhao X P, Lu J, Mao S W, et al. Spin-orbit torque induced magnetization switching in ferrimagnetic Heusler alloy D22-Mn3Ga with large perpendicular magnetic anisotropy[J]. Applied Physics Letters, 2019, 115(14): 142405.

[23] Zhao X P, Lu J, Mao S W, et al. Spontaneous perpendicular exchange bias effect in L1-MnGa/FeMn bilayers grown by molecular-beam epitaxy[J]. Applied Physics Letters, 2018, 112(4):042403.

[24] Niu G., Zhuang Y., Hu Y., Liu Z., Wu B., Wang F. Selective discrimination of VOCs gases at ppb-level using mos gas sensor in temperature-pulsed operation mode with modified hill equation [J]. Surfaces and Interfaces, 2024, 44: 103761.

[25] Niu G., Zhang M., Wu B., Zhuang Y., Ramachandran R., Zhao C., Wang F. Nanocomposites of pre-oxidized Ti₃C₂T_x mxene and SnO₂ nanosheets for highly sensitive and stable formaldehyde gas sensor [J]. Ceramics International, 2023, 49(2): 2583-2590.

[26] Niu G., Wang F. A review of MEMS-based metal oxide semiconductors gas sensor in mainland China [J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2022, 32(5): 054003.

[27] Niu G., Zhao C., Gong H., Yang Z., Leng X., Wang F. NiO nanoparticle-decorated SnO₂ nanosheets for ethanol sensing with enhanced moisture resistance [J]. Microsystems & Nanoengineering, 2019, 5(1): 21.

[28] Niu G., Gong H., Zhao C., Wang F. H₂S sensor based on MEMS hotplate and on-chip growth of CuO-SnO₂ nanosheets for high response, fast recovery and low power consumption; proceedings of the 2020 IEEE 33rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), F 18-22 Jan. 2020, 2020 [C].

[29] Niu G., Zhuang Y., Hu Y., Liu Z., Wang F. Selective discrimination of ppb-level vocs using mos gas sensor in pulse-heating mode with the modified hill's model; proceedings of the 2023 IEEE 36th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), F 15-19 Jan. 2023, 2023 [C].

[30] Luo F, Tang B, Fang Z, et al. Polytetrafluoroethylene based, F8261 modified realization of Li2SnMg0. 5O3. 5 filled composites[J]. Applied Surface Science, 2020, 503: 144088.

[31] Luo F, Tang B, Fang Z, et al. Effects of coupling agent on dielectric properties of PTFE based and Li2Mg3TiO6 filled composites[J]. Ceramics International, 2019, 45(16): 20458-20464.

[32] Luo F, Zhang S, Tang B, et al. Newly developed polytetrafluoroethylene composites based on F8261-modified Li2Mg2. 88Ca0. 12TiO6 powder[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 803: 145-152.

[33] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Microstructure and microwave dielectric properties of Na1/2Sm1/2TiO3 filled PTFE, an environmental friendly composites[J]. Applied Surface Science, 2018, 436: 900-906.

[34] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Fabrication of 0.8 BaTi4O9-0.2 BaZn2Ti4O11 filled and glassfiber reinforced polytetrafluoroethylene composites with near-zero temperature coefficient of dielectric constant[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 769: 1034-1041.

[35] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Evaluation of surface treatment on Li2Mg3SnO6 ceramic powders and the application of Li2Mg3SnO6 powders filled polytetrafluoroethylene composites[J]. Applied Surface Science, 2018, 456: 637-644.

[36] Ai Y, Wu S C, Zhang F, et al. Bifunctional TiN@ N-doped-graphene catalyst based high sulfur content cathode for reversible Aluminum-Sulfur batteries[J]. Energy Storage Materials, 2022, 48: 297-305.

[37] Ai Y, Zhang X, Li R, et al. Reversible Intercalation of Al‐Ions in Poly (3, 4‐Ethylenedioxythiophene): Poly (4‐Styrenesulfonate) Electrode for Aqueous Electrochemical Capacitors with High Energy Density[J]. Energy Technology, 2021, 9(4): 2001036.