高效微纳光子、二维莫尔超晶格、非晶合金、核自旋 | 本周物理讲座

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报告人：叶堉，北京大学物理学院

时间：5月23日（周二）12:00

单位：江苏省物理学会

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摘要：

Efficiently modulating spin configurations in magnets, especially by electrical means, is at the heart of spintronic devices. Novel magnets, such as 2D and topological magnets, couple topology, multiple degrees of freedom, and magnetism, making them into promising materials for the high-efficiency spintronic devices previously impossible. In this talk, I will give two examples of new paradigms for constructing efficient spintronic devices using novel magnets. 1) We report the efficient magnetism modulation in magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2 nanoflakes with perpendicular magnetic anisotropy by direct current injection. Through two independent methods, we reveal that the effective field of the current-induced spin-transfer torque reaches as high as 2.4-5.6 kOe MA−1 cm2, and the threshold current density for driving the magnetic domain wall is as low as <5.1×105 A cm−2 without an external field, and <1.6×105 A cm−2 with a moderate external field. 2) With a 2D stripy antiferromagnetic insulator CrOCl, we report the high-order nonlinear magnetoelectric coupling (MEC) effect. By measuring the tunneling resistance of CrOCl on the dependence of temperature, magnetic field, and applied voltage, we verified the MEC down to the 2D limit and unraveled its mechanism. Utilizing the multi-stable states in magnetic phase transition and MEC, we achieved multi-state data storage in the tunneling devices.

报告人简介：

Yu Ye is an associate professor in the School of Physics at Peking University. He received his Ph.D. degree in condensed matter physics from Peking University in 2012. Prior to joining PKU in July 2016, Yu was working as a postdoctoral researcher at the University of California, Berkeley. His group (http://faculty.pku.edu.cn/yeyu) currently is interested in light-matter interactions and electrical transport properties in condensed matter physics, with an emphasis on novel physical phenomena emerging in atomically-thin materials, van der Waals heterostructures and surfaces/interfaces by nanoscale device designs, low-T-high-B optical spectroscopy, and electrical transport measurements. Yu published more than 100 research papers and earned >7500 citations with an h-index of 41.

2

报告人：Jeff Z.Y.Chen，University of Waterloo

时间：5月23日（周二）14:00

单位：中国科学院理论物理研究所

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摘要：

Many soft matter theoretical problems can be reformulated into minimizing a costfunction, in which the field-based physical properties (the target functions) are adjusted to achieve the minimum. The Neural-network approach approximates the target functions by forward-feeding neural networks and the machine-learning technigues adjust the network parameters to produce the approximation to the desirable solutions. The physical properties, such as the free energy, together with boundary conditions, etc, are modelled in the cost function. The decoupling between the function approximator and sampling space allows for further incorporation of the weighted Monte Carlo method. The algorithm is demonstrated here by solving a few classical theoretical problems in soft matter.

报告人简介：

Jeff Z.Y.Chen 教授，University Research Chair，Professor of Department of Physics and Astronomy at University of Waterloo. Soft matter is a cross disciplinary research field involving physics, chemistry, biology, and materials science. Prof. Chen uses basic tools such as statistical physics, field theory, neural networks, and computer simulations to study structural formation in polymers and liquid crystals

3

报告人：王磊，中科院物理研究所

时间：5月24日（周三）15:00

单位：北京大学量子材料科学中心

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摘要：

"What I can not create, I do not understand" -Richard Feynman

与拟合、预测等“判别型”任务不同，“生成型”人工智能通过对数据生成过程建模，揭示潜在支配变量、创造新的数据样本。生成型人工智能对于科学文献与数据建模、分子与材料反向设计、以及求解量子多体问题展现出“判别型”难以企及的巨大潜力。在这个报告中，我将介绍生成模型的基本概念，讨论它们与统计物理的密切关联，并举例说明基于生成模型的变分自由能方法在稠密氢研究中的应用。

报告人简介：

王磊，2006年本科毕业于南京大学，2011年在中国科学院物理研究所获得博士学位，此后在苏黎世联邦理工学院从事计算量子物理的博士后研究，2016年加入中科院物理所工作。主要研究方向是机器学习与量子多体计算的交叉领域。

4

报告人：刘畅，西安交通大学

时间：5月25日（周四）9:30

单位：中国科学院物理研究所

地点：M249会议室

摘要：

在合金中引入间隙元素（例如氧、碳、氮）可大幅提升其强度。然而，传统合金内间隙元素含量通常较低（< 3 at.%），难以将强度提升至近理论极限（理论强度=剪切模量/10）。针对这一难题，我们提出了一种新的超强高塑性合金设计策略：通过将TiZrNb多主元合金作为基体，在该合金中引入大量间隙氧原子（12 at.%），实现了4.2GPa的超高屈服强度（换算为剪切强度=剪切模量/18）和优异的均匀塑性变形能力。并且，通过基于4D-STEM的自适应传播因子叠层成像技术，我们直接观察了此固溶合金中的氧原子及其选择性间隙占位。研究发现，氧原子在晶格中的占位与其含量直接相关，高浓度时，氧原子主要位于BCC晶格的四面体间隙位置，而非传统认为的八面体位置。原因在于，当大量间隙原子溶入后，多数金属（溶剂）原子都会受到溶质原子影响而产生位移，偏离点阵位置，因此，容纳间隙原子时导致的晶格畸变与所需的应变能，四面体间隙已不再明显高于八面体位置。在此情况下，间隙原子转而倾向于选择空间更大的四面体间隙位置。我们进一步探索了纳米结构多主元合金服役于摩擦环境时的结构演化机制，研发出了具备超高耐磨性能的合金。

报告人简介：

刘畅，西安交通大学教授、博士生导师。于2017年在香港城市大学获博士学位，先后在香港城市大学吕坚院士课题组、马克斯普朗克学会钢铁研究所DierkRaabe院士课题组从事博士后研究，现就职于西安交通大学材料学院金属材料强度国家重点实验室。刘畅教授长期致力于开发超强高塑性合金，并研究其力学行为、强塑化机制及使役性能，以第一作者/通讯作者在国际顶级期刊发表多篇论文，包括Nature Communications（2篇），Advanced Materials, Materials Today，Advanced Science，ElectrochimicaActa，Journal of Magnesium Alloys，Scripta Materialia等。

5

报告人：吴戈，西安交通大学

时间：5月25日（周四）10:30

单位：中国科学院物理研究所

地点：M249会议室

摘要：

金属玻璃的室温塑性变形通常被限制在主剪切带中，由此引起应变软化与脆性失效。为减弱此效应，拓扑异质结构被引入至非晶合金，促进变形过程中多重剪切带的产生。不同于以往对拓扑结构的调控，这里我们将介绍通过化学成分设计，在非晶合金中构筑纳米尺寸化学异质畴，来大幅提高其在压缩和拉伸下的均匀塑性流变。为了保证不同非晶纳米畴具备较大的化学成分差异（从而引起较大的力学性能差异），即减弱在制备过程中相邻纳米畴之间的原子扩散，不同纳米畴主元之间的混合焓需要为正，然而负混合焓为高玻璃形成能力的先决条件。这两个看似矛盾的条件在Ti-Zr-Nb-Si-XX/Mg-Zn-Ca-YY多级纳米化学异质非晶合金中得到调和，其中XX与YY为其它元素。在这种非晶合金中，每一纳米畴都具备较大的负混合焓，而不同纳米畴主元Ti和Mg之间的混合焓为正。其室温压缩显示~2%的弹性变形与~40%的均匀塑性流变（且具备应变硬化），相比于以往的单相和异质结构非晶合金有较大的提升。另外，在塑性流变过程中，剪切转变区的全域激活引起原子重排，从而使得相邻纳米畴之间发生动态原子混合。这一行为阻碍了可能发生的界面失效，提高了整体材料的力学稳定性。这种使用纳米尺寸化学异质畴的合金设计以及界面区的动态原子混合机制展示了一种开发高强高塑性非晶合金的新思路。

报告人简介：

吴戈，西安交通大学教授，博导。金属材料强度国家重点实验室、“微纳尺度材料行为研究中心”团队核心成员。曾任香港城市大学、德国马普学会钢铁研究所博士后。长期致力于金属材料强韧化与原子尺度机理研究。提出了一种创新材料设计理念“晶体-非晶纳米双相结构”。相关成果以第一作者/通讯作者在Nature（封面文章）、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、Materials Today等期刊发表。成果得到新华网、人民网、中国青年报等报道。获“非晶杰出青年科学家奖”（2018年全国5人）等。担任陕西省电子显微镜学会常务理事、秘书长。期刊Materials Research Letters青年编委。

6

报告人：Thomas Iadecola，Iowa State University

时间：5月25日（周三）10:00

单位：北京大学理论物理研究所

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摘要：

We uncover a dynamical entanglement transition in a monitored quantum system that is heralded by a local order parameter. Classically, chaotic systems can be stochastically controlled onto unstable periodic orbits and exhibit controlled and uncontrolled phases as a function of the rate at which the control is applied. We show that such control transitions persist in open quantum systems where control is implemented with local measurements and unitary feedback. Starting from a simple classical model with a known control transition, we define a quantum model that exhibits a diffusive transition between a chaotic volume-law entangled phase and a disentangled controlled phase. Unlike other entanglement transitions in monitored quantum circuits, this transition can also be probed by correlation functions without resolving individual quantum trajectories.

7

报告人：冼乐德，松山湖材料实验室

时间：5月25日（周四）10:30

单位：清华大学物理系

地点：理科楼C302

摘要：

转角二维材料的研究是近期二维材料乃至凝聚态物理的一个重要前沿研究方向。转角堆叠的方法使得人们可以把相对简单的二维材料堆叠起来变为强关联体系，为研究各种新奇而又复杂的强关联现象提供一个新颖的研究平台。早期的研究主要集中在转角石墨烯系统，我们通过第一性原理计算和理论分析，将转角体系的研究从转角石墨烯系统推广到其他转角二维材料系统，比如转角氮化硼、二硫化钼、锗化硒等。我们根据二维材料的电子结构性质和原子结构对称性，不仅设计出能实现各种强关联格点模型的莫尔超晶格系统，还能设计出一些具有非平庸拓扑性质的强关联莫尔体系，预期这些具有高度可调控性的转角强关联体系，可以作为新型量子模拟平台，用于模拟与研究各种不同的强关联物理模型。

报告人简介：

冼乐德，松山湖材料实验室特聘研究员，团队负责人，2014年获得美国佐治亚理工学院博士学位，之后先后在西班牙巴斯克大学国际物理中心和德国马克思普朗克物质结构与动力学研究所从事博士后工作，曾获欧盟玛丽居里学者项目。主要从事低维量子材料的计算模拟研究，近期主要发展二维莫尔超晶格的理论计算工作。研究工作以第一作者、共一或通讯作者发表在Nature Physics，Nature Communications，Nano Letters等领域内著名期刊，以合作作者发表在Nature，Nature Materials，Nature Physics，Nature Communications 等期刊，其中包含5 篇ESI 高被引论文，1 篇热点论文，总共受到引用超过5400次。

8

报告人：Xiang Maosheng，中科院国家天文台

时间：5月25日（周四）15:30

单位：北京大学物理学院

地点：KIAA-Auditorium

摘要：

Over the past 14 billion years, our Galaxy has assembled billions of stars into a few major structural components, the disk(s), the halo, and the barred bulge. Unraveling the assembly and evolution history of these grand-designed structures is an ambitious goal of a number of ongoing large-scale stellar surveys, such as Gaia, LAMOST, SDSS/APOGEE etc. The survey data set, in terms of both the number of stars and the coverage of the stellar parameter space, is expanding rapidly. While this data burst brings great discovery space, it also comes with great challenges for the data analysis, in particular for maximally extracting stellar physical information from low-resolution survey spectra.

In the talk, I will review our efforts on determining stellar labels for stars across a huge parameter space from the LAMOST low-resolution survey spectra. As a result, precise stellar age, atmospheric parameters, and elemental abundances for millions of stars are available. These extensive stellar labels have greatly promoted the science for a broad of area, from the Milky Way and near-field cosmology to stars and planets. As an example, I will particularly tell the wonderful story of our Galaxy’s early formation history. Our study reveals that our Galaxy has began to form its old disk 13 billion ago, much earlier than previous knowledge.

报告人简介：

Maosheng’s research interests mainly focus on spectroscopic survey, Galactic archeology and near-field cosmology, but he has also a broad interests on other area such as stellar astrophysics, planets, black holes, etc. He is the author or co-author for 100 refereed papers. His research works were selected by the Chinese Academy of Science as one of the top ten annul scientific and technological advances in Astronomy in 2017, and were selected by CCTV as one of the Top 10 World Science and Technology News of 2022.

9

报告人：王雪华，中山大学物理学院

时间：5月25日（周四）16:00

单位：清华大学物理系

地点：理科楼郑裕彤讲堂

摘要：

微纳光子的高效操控是实现高性能微纳光电子器件及其集成芯片的核心基础。报告首先介绍高效微纳光子的发展现状与挑战；接着阐述位置依赖的光辐射普适局域耦合量子理论，揭示辐射子（原子、激子等）在微纳结构中的空间位置能够根本性地改变其光辐射特性，它拓展和丰富了始于1946年的传统Purcell光辐射理论；继而讲述量子信息技术不可或缺的关键微纳光电子器件—高效按需可控量子光源的制备：基于位置依赖的光辐射理论设计高效微纳光源结构、并发展先进的微纳制备技术，在国际上率先实现了具有“重要里程碑”意义的“三高”量子纠缠光子源、自旋态按需可控的单光子源和触发式高亮度轨道角动量单光子源；最后叙述如何克服室温下的巨大耗散实现光子-激子强耦合及其室温量子态，揭示室温强耦合的临界条件及多样性，介绍抑制室温耗散高效实现室温量子态的新颖方案，展望该领域面临的挑战和机遇。

报告人简介：

王雪华，中山大学教授。1984于湘潭大学物理系获得理学学士学位，1995年于上海交通大学获理学博士学位。长期从事高效微纳光子学的研究，致力于片上高性能量子光源、有源无源光电子器件的集成、室温量子态及其量子器件的实现。在Nat. Nanotech.、Phys. Rev. Lett.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Light: Sci. & App.等国内外著名学术期刊发表SCI论文130余篇。他获得过多项国家级人才计划的支持和资助，也是国家有突出贡献政府特殊津贴获得者，作为首席科学家和负责人先后主持多项国家重大和重点项目。

10

报告人：秦华军，武汉大学

时间：5月26日（周五）9:30

单位：中科院物理所

地点：D楼212会议室

摘要：

基于磁子的信息处理与传输以及量子耦合与调控成为了磁子学的研究重点。其中，纳米尺度对磁子物性及其传输的有效调控是实现磁子应用的基础。本报告将介绍如何利用法布里-珀罗磁子谐振器和磁子波导来实现自旋波物性的有力调控。这两种纳米磁子器件均由超低磁阻尼YIG连续膜和铁磁金属纳米结构组成。由于YIG薄膜和铁磁金属（FM）之间存在着磁偶极相互作用，这导致了YIG/FM双层结构的自旋波具有不对称的色散曲线，从而使得自旋波的传播具有手性关系。在法布里-珀罗磁子谐振器中，短波长自旋波在YIG/FM两平行界面间的共振传播能够将器件缩小到纳米量级。通过改变谐振器的数量和磁矩方向，我们实现了自旋波传播的完全非互易性及其信号的可重置调控。在纳米磁子波导中，由于无刻蚀YIG薄膜而保留了器件的低损耗特征，我们实现了手性自旋波在直线和转角波导中的长距离传播。最后，我简要讨论磁子器件与超导和量子位元的异质结体系，展望基于磁子的量子耦合与调控。

报告人简介：

秦华军，武汉大学教授，2011年获中国科学院物理研究所博士学位，2011-2018年在德国马普微结构物理研究所和芬兰阿尔托大学从事博士后研究，2018-2022任芬兰科学院项目研究员，2022年4月加入武汉大学物理科学与技术学院，组建量子磁性与磁子学研究组。秦华军博士长期从事低维磁性材料的生长和纳米磁器件的自旋波调控等方面的实验研究，相关成果发表在Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., Nano Lett., Adv. Mater.等期刊上。曾主持或参与多项芬兰科学院以及欧盟项目，目前参与国家重点研发计划项目。

11

报告人：Joern Manz 院士，柏林自由大学，山西大学

时间：5月26日（周五）14:30

单位：北京大学物理学院

地点：物理楼中215会议室

摘要：

Boron rotors consist of inner molecular “wheels” embedded in outer “bearings”. Weak interactions allow almost free rotations of the “wheels” in the pseudo-rotating “bearings”, from one global minimum (GM) structure to many other equivalent GMs. These large amplitude motions correspond to delocalized spatial eigenfunctions with equal populations of all GMs. Total eigenfunctions consist of products of the spatial eigenfunctions times nuclear spin functions. As a consequence, nuclear spins cause decisive quantum effects: (i) The local symmetry of the GMs is changed to global molecular symmetry. (ii) The molecular rotors can never be localized in a single GM. (iii) The rotors’ nuclear spins prohibit laser transitions between different nuclear spin isomers. (iv) As a consequence, lasers cannot induce rotations of the boron rotors. (v) Isotopic labelling causes quantum non-equidistribution. Quantum effects (i)-(v) cannot be described by means of classical molecular dynamics simulations.

报告人简介：

Joern Manz院士是世界著名物理化学家，德国科学院院士，德国柏林自由大学终身教授。J. Manz院士是超快飞秒动力学研究领域的创始人之一，在分子的超快量子动力学演化与激光超控分子量子态等方面作出了一系列开创性的工作，先后应邀在100多次国际会议上作邀请报告。J. Manz教授于2009年当选德国科学院院士，2012年，美国权威学术杂志J. Phys. Chem.出版一期论文集纪念Manz院士对超快飞秒动力学的贡献。J. Manz院士与国内相关院校开展了长期紧密的合作研究，自2013年1月起至今， J. Manz院士被聘为山西大学特聘教授，并于2014年入选山西省高校131领军人才（第一梯队），2018年入选首批“山西特聘专家”，2019年入选山西省百人计划。

12

报告人：高昕，四川大学物理学院

时间：5月26日（周五）14:00

单位：中科院理论物理所

地点：南楼6620

摘要：

In this talk, I will discuss recent advances in string landscape and swampland. First, I will clarify various corrections in string compactifications and their implications in 4D N=1 SUGRA language. Next, I will focus on warping correction and parameter control issues in achieving de-Sitter space in both KKLT and Large Volume Scenarios. Finally, I will examine the feasibility of these constraints in large scale of Calabi-Yau compactifications, including construction of orientifold Calabi-Yau database and the use of Machine Learning techniques to create new geometries and find orientifold string vacua.

报告人简介：

高昕，主要从事弦紧致化，弦唯象与卡拉比-丘流形的研究。2008年本科毕业于北京师范大学物理学系，2014年博士毕业于中科院理论物理研究所，此后分别在美国弗吉尼亚理工大学，意大利罗马第二大学/INFN，德国海德堡大学理论物理研究所从事博士后研究。现于四川大学物理学院任特聘研究员。

13

报告人：聂天晓，北京航空航天大学

时间：5月26日（周五）15:00

单位：中国科学院物理研究所

地点：M921会议室

摘要：

基于二维磁性材料的自旋电子器件兼具二维材料高集成度与自旋材料超低功耗的特点，有望突破现今制约集成电路发展的“功耗墙”与“尺寸墙”，进一步延续摩尔定律。然而，受限于二维磁性材料的维度效应，其长程磁序难以在高温下维持，严重阻碍了基于二维磁性材料的原型器件开发。本报告将介绍通过界面效应获得室温二维磁性材料的方法，通过构建适当的界面并引入自旋相互作用，可以对二维磁性材料居里温度和磁各向异性进行有效调控。针对此异质结，进行了飞秒激光泵浦的超快太赫兹探测，论证了拓扑表面相关的自旋-电荷转换及室温二维磁性。

报告人简介：

聂天晓，北京航空航天大学集成电路科学与工程学院教授，国家特聘青年专家。主要研究方向为低维自旋材料与低功耗自旋电子器件，包括低维磁存储器、低维自旋太赫兹器件等。针对以上研究领域，已在国际著名期刊上发表SCI论文80余篇，包括 Nature Communications, ACS Nano 等，Google scholar 总引用4000余次，H因子26。多本英文专著撰写，40余项国家专利。担任IOP中国编辑咨询委员会委员、IEEE/ACM NANOARCH大会执行主席、《物理学报》客座编辑等。

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