正高/准聘教授/特别研究员

姓名:刘铖铖
所在学科:凝聚态物理
职称:教授、博士生导师
联系电话:010-68912131
E-mail:ccliu@bit.edu.cn
通信地址:北京海淀区中关村南大街5号新葡萄京娱乐场8455中心教学楼1420A

教育经历

2010.9—2013.6 中国科学院物理研究所,凝聚态物理专业, 理论物理博士

2003.9—2010.4 西安电子科技大学,技术物理学院, 学士、硕士

工作经历

2020.7—             新葡萄京娱乐场8455,教授、博士生导师

2017.1—2020.7  新葡萄京娱乐场8455,副教授(新体系)、博士生导师

2016.8—2016.12 新葡萄京娱乐场8455,副教授

2015.1—2016.1  美国德州大学达拉斯分校,访问学者

2013.8—2016.7  新葡萄京娱乐场8455,讲师

学术兼职

  目前为Chin Phys B、物理学报、Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. B/M, Nature子刊等多个国内外期刊的审稿人;受邀担任New Journal of Physics的Editorial Board Member(2020—)。

获奖情况

2019年获得国家自然科学基金委“优秀青年基金”资助;

2019年受聘教育部“长江学者奖励计划”青年学者;

2019年获得2018年度国家自然科学二等奖[第2完成人];

2019年获得新葡萄京娱乐场8455优秀硕士学位论文指导教师奖;

2018年获得“2018 New Journal of Physics Early Career Award”。

科研方向

  一直从事计算物理与凝聚态理论研究。通过第一性原理计算方法,以及Green函数、Wannier函数、紧束缚近似和有效模型等理论解析方法研究真实材料的电子结构,重点关注由体系波函数的非平庸拓扑所导致的各种新奇拓扑量子态,比如拓扑绝缘态、拓扑半金属态和拓扑超导态,以及以魔角石墨烯为代表的二维材料的转角电子学。

招生和学生培养

  每年拟招收2~3名推免或考研博士生,欢迎有志于科学事业,对凝聚态理论物理和计算物理,尤其是量子功能材料新奇物性感兴趣的同学报考。提供一流的研究条件、经费支持、和有竞争力的劳务补贴,博士在读期间有出国交流机会。报考前请直接与我联系,优秀学生面试通过后可预录取。

  同时可招收重点资助博后1~2人,待遇优厚,欢迎具有相关经验的优秀青年学者联系。

  对你的期望:

  1. 勤奋、主动、认真;

  2. 热爱科学研究,如果不真心喜欢或仅需要文凭者请不要报考。

  目前正在指导2名博士生,1名硕士生,已毕业1名硕士生;联合指导3名博士生。

教学工作

  多次主讲本科生课程《大学物理》和研究生课程《凝聚态物理学新论》、《凝聚态物理学进展》。

学术业绩

  长期从事凝聚态理论和计算物理研究,在硅烯、锗烯、锡烯、魔角石墨烯、弱拓扑绝缘体和拓扑超导体等方面的研究成果国际上有重要影响,所提理论模型被命名为Liu-Yao-Feng-Ezawa (LYFE)模型,部分成果收录于World Scientific 出版社出版的《Quantum Hall Effects》专著第三版第21章。预言了第一个被实验证实的弱拓扑绝缘体材料-β-Bi4X4(X="Br,I)体系[我们的理论工作PRL" 116, 066801 (2016),实验工作Nature 566, 518 (2019)]。

  已发表30余篇论文,包括PRL 10篇,PRB 11篇,NJP 3篇,Nat. Mater.、Nat. Commun.、PNAS、Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano各1篇,SCI引用4700余次,其中单篇一作发表在PRL (PRB)上的论文SCI引用1400 (700) 余次。

科研项目

1.国家自然科学基金委优秀青年基金(2020.1-2022.12),负责人

2.国家自然科学基金面上项目(2018.1-2021.12),负责人

3.新葡萄京娱乐场8455科技创新计划创新人才科技资助专项计划项目(2017.1-2019.12),负责人

4.国家自然科学基金青年基金项目(2015.1-2017.12),负责人

5.新葡萄京娱乐场8455优秀青年教师资助计划[研究型](2014.1-2015.12),负责人

6.科技部重大科学研究计划子课题(2013.4-2017.9), 协助

 

科研成果

  一、拓扑绝缘体研究

  1. 预言新型大能隙的二维拓扑绝缘体

  在国际上首次指出类石墨烯体系—‘硅烯’、‘锗烯’、‘锡烯’是二维拓扑绝缘体,并预言该类二维材料可在更高温度下观测到量子自旋霍尔效应;构建了适用于具有起伏状六角格子体系并被有关文献称为“LYFE”的理论模型[PRL 107, 076802 (2011), SCI引用1400余次, PRB 84, 195430 (2011), SCI 引用700余次]。合作预言了迄今为止具有最大能隙(~1 eV,远远超出此前通常认为的0.3 eV)的二维拓扑绝缘体:六角结构的二维Bi的氢化物—铋烷以及卤化物家族,指出了该二维拓扑绝缘体材料家族的巨大能隙来自于Bi的px和py轨道的自旋轨道耦合,同时也给出了该体系的有效哈密顿量[PRB 90, 085431 (2014), NPG Asia Mater. 6, e147 (2014)]。

  2. 预言了理想的弱拓扑绝缘体并被实验证实

  理论上提出了在范德瓦尔斯(van der Waals)材料-β-Bi4X4(X=Br, I)中可实现理想的弱拓扑绝缘体相[PRL 116, 066801 (2016)],特别值得指出的是2019年发表在Nature上的实验工作在β-Bi4I4中观测到了弱拓扑绝缘体相,支持了我们的理论预测,该实验工作在摘要中直接引用了我们的工作[Nature 566, 518 (2019)]。

  3. 量子反常霍尔效应的研究

  我们研究了双层Bi膜的半氢化体系,发现了通过外磁场调节体系自发磁化取向从而导致拓扑相变。依赖于不同的磁化方向,在该体系中可诱导出四个不同的相:两个谷极化的量子反常霍尔相以及铁磁绝缘体和铁磁金属。我们给出了体系低能有效模型并阐明了相关机理[PRB 91, 165430 (2015)]。该新型的谷极化的量子反常霍尔相(即同时具有量子反常霍尔效应,又具有谷霍尔效应)是我们在硅烯中提出的[PRL 112, 106802 (2014)]。

  二、拓扑半金属研究

  最近,我们提出了一种新的拓扑量子物态:自旋零带隙节线半金属,并预言了一系列具有自旋零带隙节线半金属态特征的真实材料[PRL 124, 016402 (2020)]。对于一类具有受镜面保护的多重节线的半金属,我们提出了一种系统的方法来构造有效的格点模型。并且,我们对于具有给定垂直节线环的系统进行了分类,得到了此种情形下所有有效的格点模型和所有不等价的节线环结构以及它们各自的实现条件。通过第一性原理计算,我们首次提出了一族真实材料,三元氮化物X2GeN2(X = Ca,Sr,Ba)的β相可实现其中一种节线环结构[PRB 98, 201104 (R) (2018)]。我们通过对所有二维层群进行系统分析,获得了所有受多个螺旋轴保护的拓扑半金属态,并且给出了相应的k·p哈密顿量。进一步,预言了在硼烯和硼烷中存在这种新型的拓扑半金属[PRB 98,195437(2018)]。

  三、拓扑超导研究

  与合作者针对2018年新发现的魔角双层石墨烯中的非常规高温超导现象提出一种机制,即交换自旋密度波涨落,并指出在半填充附近实验观测到的关联绝缘态是非共面的手征自旋密度波且具有非零的Chern数[即自发的量子反常霍尔态],同时提出实验上观测到的超导是具有d+id配对对称性的拓扑超导[PRL 121, 217001 (2018), SCI引用81次, ESI高被引论文]。我们也曾在掺杂的双层硅烯中预言了类似的拓扑超导[PRL 111, 066804 (2013)]。还研究了把二维拓扑绝缘体放在具有s+- 配对对称性的铁基超导体上的复合体系,发现了在四个顶点处分别出现了一对Majorana Kramers 局域态,对应所谓的高阶拓扑超导体,并给出了体系的拓扑不变量。进一步,我们提出了具体的材料体系:PbS-铁基超导。铁基超导Sr0.5Sm0.5FeAsF临界温度可高达56 K,且与反带可控的单层PbS (晶格常数~ 4 ?) 晶格匹配,而且实验上已经观察到了PbS的近邻效应。该体系有望实现二维的高温高阶拓扑超导体[PRL 121, 186801 (2018)]。

  四、拓扑材料物性调控

  针对拓扑材料进行物性调控不仅可以更加深入的理解拓扑态,而且也为下一步的应用研究打下了基础。调控手段非常丰富,譬如转角、掺杂、化学修饰、应变、压力、光场、电场、磁场、Zeeman场等。我们预言了 ABC 堆垛的多层石墨烯在圆偏振光的照射下可以实现高 Chern 数且具有大能隙的 Floquet Chern 绝缘体[NJP, 20, 033025 (2018)]。与实验合作研究了石墨烯生长在六角氮化硼上的体系,由于两者晶格失配,可观测到明显的 moire? pattern,并给出了狄拉克费米子在周期势场中的能带结构[Nat. Mater. 12, 792, (2013)]。合作研究了石墨烯中的拓扑缺陷,发现和解释了费米速度的重整化,以及由拓扑缺陷产生的谷间和谷内散射[APL 103, 143120, (2013)]。

  

代表性论文

10篇代表性论文:(全部论文列表请见:http://www.researcherid.com/rid/K-8506-2014)

1.Run-Wu Zhang, Zeying Zhang, Cheng-Cheng Liu(共同通讯), and Yugui Yao, Nodal Line Spin-gapless Semimetals and High-quality Candidate Materials Phys. Rev. Lett. 124, 016402 (2020).

2.Cheng-Cheng Liu, Li-Da Zhang, Wei-Qiang Chen, and Fan Yang, Chiral Spin Density Wave and d+id Superconductivity in the Magic-Angle-Twisted Bilayer Graphene, Phys. Rev. Lett. 121, 217001 (2018). SCI引用81次,ESI高被引论文

3.Cheng-Cheng Liu , Jin-Jian Zhou, Yugui Yao, and Fan Zhang, Weak Topological Insulators and Composite Weyl Semimetals: β-Bi4X4 (X="Br," I), Phys. Rev. Lett. 116, 066801 (2016).

4.Cheng-Cheng Liu , Wanxiang Feng and Yugui Yao, “Quantum Spin Hall Effect in Silicene and Two-Dimensional Germanium”, Phys. Rev. Lett. 107, 076802 (2011). SCI引用1400余次

5.Qiyue Wang?, Cheng-Cheng Liu?(共同一作), Yuan-Ming Lu, and Fan Zhang, High-Temperature Majorana Corner States, Phys. Rev. Lett. 121, 186801 (2018).

6.Cheng-Cheng Liu, H. Jiang and Yugui Yao, “Low-energy effective Hamiltonian    involving spin-orbit coupling in silicene and two-dimensional germanium and tin”, Phys. Rev. B 84, 195430 (2011). SCI引用700余次

7.Cheng-Cheng Liu, Shan Guan, Zhigang Song, Shengyuan A. Yang, Jinbo Yang, and Yugui Yao, Low-Energy Effective Hamiltonian for Giant-Gap Quantum Spin Hall Insulators in Honeycomb X-Hydride/Halide (X="N-Bi)" Monolayers, Phys. Rev. B 90, 085431 (2014). SCI引用90次

8。Cheng-Cheng Liu, Jin-Jian Zhou, and Yugui Yao, Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall Phases and Tunable Topological Phase Transitions in Half-Hydrogenated Bi Honeycomb Monolayers, Phys. Rev. B 91, 165430 (2015). SCI引用32次

9.Da-Shuai Ma, Jianhui Zhou, Botao Fu, Zhi-Ming Yu, Cheng-Cheng Liu(共同通讯), and Yugui Yao, Mirror protected multiple nodal line semimetals and material realization, Phys. Rev. B 98, 201104( R ) (2018).

10.Si Li, Cheng-Cheng Liu(通讯作者), and Yugui Yao, Floquet High Chern Insulators in Periodically Driven Chirally Stacked Multilayer Graphene, New Journal of Physics , 20, 033025 (2018).

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