拓 扑 量 子 材 料 设 计 实 验 室

本实验室通过理论和实验相结合的方式研究凝聚态物理中的前沿科学问题以及可能的实际应用。

1. 拓扑量子态

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理解材料中新奇量子现象和探索新的拓扑量子态是当前凝聚态物理最活跃的领域。 在这一研究领域,第一性原理电子结构计算发挥了重要的作用。 研究组十多年来坚持从事固体材料中拓扑物理相关的研究, 发展了一系列与贝利相位相关的第一性原理计算方法。 通过发展这些方法, 该研究组长期活跃在固体材料中拓扑量子态和新奇量子现象研究的最前沿, 并取得了多项具有国际影响力的开创性重要成果 【含 Phys. Rev. Lett. 14 篇, 其中10 个代表性工作 SCI 他引超过3000次】。 比如,在反常输运领域,项目组解决了该领域内长期悬而未决的科学难题, 实质性地推动了反常霍尔效应研究的发展。在拓扑材料设计与物性研究方面, 该项目组成功做出了一系列的理论预言,推进了后续的实验与理论研究。 我们将在前期已积累的优异成果的基础上,继续深入的进行拓扑量子态的研究。
具体包括:
1) 发展贝利相位相关物理的第一性原理计算方法和开发相应的计算程序;
2) 发现新的拓扑量子态和设计新的拓扑材料;
3) 生长制备高质量的新型拓扑材料,研究其谷、自旋、电荷等输运性质,探索拓扑量子态的调控。
从事拓扑量子态研究的人员主要有(实验)韩俊峰;(理论)刘铖铖和刘贵斌。

代表性论文

PRL 107, 076802 (2011)

PRL 106, 016402 (2011)

PRB 84, 195430 (2011)

PRL 92, 037204 (2004)

最近的论文

PRB 97 (12), 125312(2018)

New Journal of Physics 20 (3), 033025(2018)

Adv. Mater. 1604788(2017)

npj Quantum Materials 2 (1), 23(2017)

2. 二维材料新奇物性

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二维材料由于在一个维度上的量子受限效应而展现出完全不同于体材料的新奇量子现象。 随着原子外延生长技术和表征手段的进步,二维材料成为近年来多学科领域的研究热点。 借助于扫描隧道显微技术,揭示二维结构的外延生长机制及其本征物性; 构建电子学、磁学和光学等器件,研究其输运行为,尤其是自旋、 谷和拓扑相关物理现象。利用第一性原理方法研究二维材料中与自旋轨道耦合相关的各种贝利相位效应、 激子效应和等离激元激发。
从事二维材料研究的人员主要有(实验)肖文德和段俊熙;(理论)冯万祥和李元昌。

代表性论文

Nature Chemistry 8, 326 (2016)

PNAS 113 (50), 14272 (2016)

PRL 111, 066804 (2013)

PRL 109, 206802 (2012)

PRB 86, 165108 (2012)

最近的论文

PRL 119, 266804(2017)

2D Mater. 4 015017(2017)

PRL 139, 5849 (2017)

Nature Communications 8 (1), 1007(2017)

3. 新能源材料设计

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新能源是21世纪最重要的研究热点之一。该方向致力于研究量子材料在光伏、光催化、红外探测、高能密度材料等新能源领域的设计和应用,主要集中在对其中的光电转换、电子输运、电声子耦合、催化反应等物理过程的研究,通过理论与实验相结合,深入揭示这些过程中的物理机制,并依据物理机制,通过底层设计,提出改进材料性质的方案,以期达到对实际应用提出指导和实现优化的目的。
从事新能源材料设计的人员主要有马杰和郭伟。

代表性论文

Nature Chemistry 8, 331 (2016)

Nature Communications, 6, 8619 (2015)

PRL 110, 235901 (2013)

最近的论文

J. Phys. D: Appl. Phys. 51 (2), 025105 (2018)

Nanoscale 9 (42), 16273-16280 (2017).

PCCP 19, 16189-16197 (2017)

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