新材料的探索以及相关凝聚态物理的研究，是催生技术革命和产业化飞跃发展的重要催化剂。半导体物理和硅材料的研究导致了上一次工业革命，促进了计算机产业和信息产业的飞速发展，对人类的科技进步产生了无法估量的重大影响。如今，新型的二维碳基材料——石墨烯，同样在国际上催生了一股研究二维电子材料的热潮。
历任橡树岭国家实验室纳米相材料与科学中心研究员、华中科技大学物理学院教授等职位的陕西师范大学物理学与信息技术学院教授潘明虎，长年深扎石墨烯等二维材料、强关联过渡金属氧化物和纳米、超导材料的研究，在材料制备与物理特性研究、扫描隧道显微镜和扫描隧道谱的设备设计搭建、超高真空技术、超高真空薄膜沉积和分子束外延以及其他超高真空沉积技术、磁特性测量和表面磁光科尔效应等领域完成了多项发明和创新。
潘明虎不仅发现和确认了一种独特的双氮掺杂构型，证实氮掺杂石墨烯可以用来有效地探测有机分子，他还首次成功观察和测量了石墨烯纳米带的边缘结构和边缘电子态，并在实验和理论上证实了边缘上的缺陷结构会引起边缘电子态的自旋极化。
年，已在美国从事科研十多年、拥有独立科研团队和研究基金并组建了实验室的潘明虎毅然回国任教。如今，他冀望于发展中国西部的科研事业，把先进的科研理念和科研资源带到西部地区。
潘明虎和博士后导师薛其坤院士等合影（左一为苏州大学李青教授，左二为薛其坤院士，左三为天津大学马丽颖副教授）
石墨烯与二维材料的重大创新
石墨烯的发现，在国际上催生了一股研究二维电子材料的热潮，甚至被誉为“新材料之王”，其产业的发展已上升到国家战略高度，相关研究成果层出不穷。
众所周知，当一种块体材料的尺寸小到纳米尺度时，连续的价电子能带由于电子限域效应将会分裂成为能量不连续的电子轨道，从而显著地改变材料的电子结构，电子之间的关联性将得到极大的增强。
石墨材料有着悠久的应用历史，包括写字的铅笔，其原材料都是石墨。石墨就是由一层又一层的石墨烯叠起来的，石墨烯的本质是一种单层的碳。直到单个原子层的石墨烯被剥离出来的时候，人们才发现，其电子特性与其他材料的特性完全不一样，迁移率达到10^6。“某一维度的尺寸变小之后，它的特性就会产生一个极大的变化，这就是纳米科学的神奇。”潘明虎说。
石墨烯是极端薄的二维材料，不仅是电荷和热的导体，还拥有很高的载流子迁移率和令人吃惊的物理化学性能，为凝聚态物理研究提供了丰富的物理问题。然而，尽管具有许多优越的性能，展现了“后硅时代”的高性能碳基电子器件的诱人前景，但作为一种二维材料，石墨烯是零隙半导体，这使得其在常规的数字逻辑电路上应用存在重大问题。
潘明虎主要从事凝聚态物理、强关联电子材料、纳米科学与材料和扫描隧道显微技术方面的研究。自年起，他在美国橡树岭国家实验室担任研究员多年，逐渐拥有独立的科研团队和研究基金。他注重于强关联过渡金属氧化物和纳米材料的研究，并与世界顶级物理学家、美国科学院院士E.W.Plummer等建立了长期的科研合作关系。
潘明虎用常压化学气相沉积法制备的高质量的单层氮掺杂的石墨烯，发现和确认了一种独特的双氮掺杂构型，在国际上首次展示了通过增强拉曼散射信号，氮掺杂石墨烯可以用来有效地探测有机分子。
他还首次成功地观察和测量了化学气相沉积法制备的石墨烯纳米带的边缘结构和边缘电子态，石墨烯纳米带的边缘结构缺陷可以极大地影响和改变边缘电子结构。他的研究从实验和理论上证实了边缘上的缺陷结构会引起边缘电子态的自旋极化。
不止于此，在化学气相沉积法制备的石墨烯中，潘明虎引入化学吸附的硼原子，可以诱导产生局域自旋磁矩，并通过扫描隧道显微镜，在原子尺度上测量出局域自旋态，观察到了局域自旋在石墨烯中的分布、叠加等现象。
由于缺乏能带带隙，石墨烯制成的场效应管（FET）只有很低的开关比。尽管在石墨烯中可以通过各种方法形成能隙，比如制成石墨烯纳米结构，采用化学功能团改性，或是给石墨烯双层膜施加高电场。然而，这些方法会导致严重的迁移率退化或需要非常高的偏置电压。另一方面，石墨烯是不太可能产生磁性的。尽管理论预测在石墨烯的边缘、畴界、点缺陷如空位可以产生磁矩，然而一直缺乏有效的实验证据，这使得石墨烯在磁电子学（自旋电子学）领域无法应用。因此，探索其他二维材料在纳米电子学和自旋电子学中的应用就成为凝聚态物理中的前沿问题。
过渡金属二硫属化物（MX2）就是这一极佳的替代材料，它展现出极为丰富的电学、光学、机械、化学和热学性质。经过多年发展，二维过渡金属二硫属化物已经逐渐引起凝聚态物理、材料科学和纳米科学技术相关领域的研究热潮。
过渡金属二硫属化物由于强烈的层内相互作用和相对弱的层间相互作用，用微机械解理技术可以制成超薄薄膜，这使得过渡金属二硫属化物很容易制作成纳米电子器件。最受