團(tuán)簇是介于微觀(guān)原子、分子與宏觀(guān)凝聚態(tài)之間的物質(zhì)結(jié)構(gòu)新層次，具有確定的原子數(shù)量和精確可控的幾何與電子結(jié)構(gòu)。某些特定的穩(wěn)定團(tuán)簇具有類(lèi)似單個(gè)原子的特性，因此可將之看作“超原子”進(jìn)行功能精確可控的材料組裝與器件設(shè)計(jì)，從而為原子制造提供一類(lèi)重要的構(gòu)造單元。由于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的豐富可調(diào)性，以“超原子”代替原子組裝，利用團(tuán)簇之間的耦合作用及多體演生效應(yīng)，將為新材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物性調(diào)控帶來(lái)無(wú)限可能。本課題組基于自主發(fā)展的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)程序CGA及其機(jī)器學(xué)習(xí)/GPU加速版本，揭示了若干典型團(tuán)簇結(jié)構(gòu)和物性的尺寸演化規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)合作發(fā)現(xiàn)了一系列新型“超原子”團(tuán)簇。進(jìn)一步，基于不同維度和不同鍵合方式的組裝策略，探索了基于超原子的材料設(shè)計(jì)與能帶調(diào)控，觀(guān)察到強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子態(tài)、狄拉克態(tài)與平帶共存、一維多鐵、雙極磁性半導(dǎo)體、手性相關(guān)的自旋霍爾效應(yīng)等一系列有趣的電子性質(zhì)。