近日，前沿交叉科学青岛研究院刘鹏教授课题组在半导体材料辐照相变研究方向取得进展，成果以Electronic Excitation-Driven β-Ga₂O₃ Metastability Transformation and Self-organization Mechanism: β→κ/γ/δ Phases为题发表于Advanced Materials（中科院一区，IF=26.8）。该工作通过高能重离子辐照实验引入强电子激发与高密度能量沉积过程，实现了氧化镓（Ga₂O₃）的亚稳态多级相变，结合分子动力学模拟阐明了辐照缺陷驱动多级相变的物理机制，为Ga₂O₃的多晶型结构相变调控与物性优化提供了核辐照技术路径与应用方案。山东大学韩心晴副研究员为论文第一作者，香港城市大学赵仕俊教授、山东大学穆文祥教授、刘鹏教授为论文通讯作者，山东大学为第一完成单位。

Ga₂O₃作为超宽禁带半导体材料的典型代表，在辐射探测、功率器件、紫外光电、气体传感等多学科前沿领域展现出应用潜力，其核心物性与器件性能依赖于Ga₂O₃的α、β、γ、δ、κ等多种晶相结构；系统揭示不同晶相的形成并使其过程可控，成为Ga₂O₃研究与应用的基础。本工作基于国家重大科技基础设施—兰州重离子加速器（HIRFL），通过高能重离子辐照在β-Ga₂O₃晶格系统内产生局域的高密度能量沉积，该瞬态过程诱导β-Ga₂O₃产生熔融态与径迹区，在随后能量耗散过程中呈现出多级相变特征：径迹区内将形成与富集以氧空位为主的空位型缺陷，其诱导产生的局域负压驱动了β→κ相变；镓原子沿径迹方向被输运至表面微区，形成与富集以镓原子为主的填隙缺陷，其诱导产生的局域正压进一步驱动了κ→δ相变；相稳定性满足δ<κ<β。该工作探索了能量沉积密度、辐照缺陷类型、局域应变应力场与不同亚稳态相变路径之间的内在关联，明确了中间相在相变路径调控中起到的关键介导作用，并构建了基于辐照缺陷驱动的β→κ/γ/δ相变路径判据。

刘鹏教授课题组聚焦于核技术应用领域中辐照基本过程与效应的研究，探索核辐照技术在信息、能源等前沿领域中的交叉融合应用，相关成果以通讯作者身份发表于Adv. Mater. (2025)，Adv. Sci. (2025)，Adv. Funct. Mater. (2024, 2023)，Angew. Chem. Int. Ed. (2025, 2023) 等学术期刊。本研究工作得到国家自然科学基金等项目的支持，以及兰州重离子加速器国家重大科技基础设施的支撑。

原文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202519259