太阳能转化材料、外尔超导态、凝聚态电致相变、原初引力波 | 本周物理讲座

1

报告人：陈熹翰，南方科技大学

时间：6月17日（周二）10:00

单位：中国科学院物理研究所

地点：M253会议室

摘要：

发展高效稳定的太阳能转换系统需要对不同材料中能量转换过程的机理有深入的理解。其中，能量转换材料界面的动态机制是决定材料能量转换效率和稳定性的关键因素之一。目前，时间分辨超快光谱是研究能量转换机制的最有效技术之一，特别是界面选择性时间分辨超快光谱技术是最强大的。通过泵浦-探测技术，可以直接描述表面-界面能量转换过程中材料转换和能量转移的完整过程。近年来，界面能量转换领域取得了一系列进展。本报告主要包括三部分：1.原位超快吸收光谱揭示了光催化反应机制，包含二氧化碳还原和过氧化氢生成；2.超快反射光谱揭示热载流子太阳能界面超快电荷转移机制；3.超快偏振光谱揭示了二维钙钛矿材料中载流子自旋弛豫机制。通过超快瞬态光谱研究上述系统，揭示了材料的光物理性质，为新材料的设计、新器件的开发和现有能量转换系统的优化提供了基本的理论指导。

报告人简介：

陈熹翰博士是南方科技大学机械与能源工程系的副教授，入选海外优青。2017年在加州大学伯克利分校（UCB）获得物理化学博士学位,2017年至2021年在美国国家可再生能源实验室（NREL）担任博士后研究员。主要的研究方向包括：1. 超快界面载流子动力学 2. 量子自旋调控机制及光物质相互作用 3. 光催化动力学机制他的研究重点是开发用于能源转换系统的超快光谱。他在Science、Nature Catalysis、Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc.等国际期刊上发表了60多篇同行评审的期刊论文。他获得了超过7000次的引用，H指数为40。

2

报告人：张新民，中国科学院高能物理研究所

时间：6月17日（周二）10:00

单位：中国科学院理论物理研究所

地点：北楼322

3

报告人：Hao Y. Zhang，Kavli IPMU

时间：6月17日（周二）10:30

单位：Microstructures期刊

地点：北大物理学院西楼B105

4

报告人：杨帆，北京理工大学物理学院

时间：6月17日（周二）12:00

单位：江苏省物理学会

地点：

摘要：
由电子-电子相互作用所驱动的非常规超导电性是凝聚态物理学的重要研究领域。在本报告中，我们考查三维立方晶系中由排斥型相互作用所驱动的超导电性。以简立方晶格上的单带Hubbard模型为例，我们在弱耦合与强耦合二个极限下分别研究体系的超导配对对称性。结果均发现在低至中等掺杂区域，体系的主导配对态为d3z2-r2+idx2-y2超导态。该超导态是一种新颖的外尔拓扑超导，具有马约拉纳费米弧的非平庸表面态。该结果仅取决于体系的立方对称性以及排斥型相互作用，而与能带结构细节以及自旋-轨道耦合无关，故有望在广泛的现实材料或者光学晶格中得以实现。该工作开辟了三维电子体系中由关联驱动的新奇电子态的研究。

报告人简介：

杨帆是北京理工大学物理学院教授。2002年博士毕业于北京大学物理学院，2004年从清华大学高等研究中心博后出站，之后加入北京理工大学物理学院。2010年至2011年公派访问美国加州大学伯克利分校。2013年被聘为教授。杨帆的主要研究方向为强关联和超导理论。曾长期在铜基超导、量子自旋液体和铁基超导领域展开研究。近期的研究兴趣集中在魔角石墨烯、准晶电子态和镍基超导等领域。发表论文80余篇，被引3000余次。

5

报告人：全海涛，北京大学

时间：6月17日（周二）14:30

单位：南方科技大学物理系

地点：

摘要：
Over the past three decades, a lot of efforts have been put on the extension of fundamental thermodynamic concepts (such as what constitutes a quantum isothermal process) and the applicability of the basic laws of thermodynamics in mesoscopic and quantum systems. It is revealed that, on the level of ensemble averages, the laws of thermodynamics still apply to small systems. For example, the efficiency of a quantum heat engine does not surpass that of a classical one. However, the statistical thermodynamics of small systems exhibits new features: under arbitrarily far-from-equilibrium conditions, fluctuations in thermodynamic quantities become significant, and the distribution functions of these quantities satisfy a set of rigorously valid identities. These identities define what are known as fluctuation theorems. Fluctuation theorems recast the familiar second law of thermodynamics from an inequality into an equality, with the second law emerging as a corollary. In this presentation, I will briefly introduce some developments in mesoscopic statistical thermodynamics, including mesoscopic heat engines, fluctuation theorems, and their quantum extensions. I will also discuss experimental verifications of these theorems in both classical and quantum systems.

报告人简介：

全海涛，北京大学博雅特聘教授。2002年和2007年分别在中南大学和中国科学院理论物理研究所获得学士和博士学位。2007年至2012年分别在美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室和马里兰大学从事博士后研究。2012年入职北京大学物理学院，2019年起任博雅特聘教授。全海涛的主要研究领域是统计物理和量子物理的基本问题。他先后获得过的奖励和荣誉包括：国家自然科学奖二等奖（第二完成人）（2008年），全国百篇优秀博士学位论文奖（2009年），国家杰出青年科学基金（2018年）。他指导的多名博士生获得北京大学优秀博士论文奖和北京大学优秀毕业生荣誉称号。他还担任学术期刊Thermo-X和Communications in Theoretical Physics编委和全国统计物理与复杂系统学术委员会委员。

6

报告人：张海磊，河北大学化学与材料科学学院

时间：6月17日（周二）15:30

单位：中国科学院物理研究所

地点：M255会议室

摘要：

光化学反应是实现高分子材料合成和降解的重要途径，在生物医用高分子材料领域具有良好的应用前景。但是光化学反应通常由紫外/可见光诱发，该区间的光波在生物组织中穿透性较差，这一缺陷严重限制了利用光化学反应，在体内环境中进行高分子的原位合成和降解。因此，探寻一种非侵入诱导体内高分子原位合成和降解的有效途径，是该领域的重点研究方向之一。X射线激发长余辉发光材料可在低剂量X射线照射下，维持较长时间的持续发光状态。我们利用X射线的强穿透性和铽基X射线激发长余辉发光材料长时间发光的特点，将其与光引发剂混合，以液体状态介入动物体内，经短暂X射线照射后，利用余辉光原位引发光交联反应，在大鼠体内原位合成水凝胶。该项研究通过简单介入方法在动物组织中引入水凝胶前驱体，原位完成液体向半固体的转变，该方式可有效降低手术植入等方式对动物组织的破坏性。另一方面，我们利用铽基X射线激发长余辉发光材料与光降解水凝胶进行复合，制得的复合凝胶可在X射线照射作用下发生降解，以此构建了X射线-光降解级联反应体系，并成功将上述降解体系应用于构建X射线响应性释放体系。

报告人简介：

张海磊博士，河北大学化学与材料科学学院副教授，2023-2024作为国家公派访问学者赴根特大学进行研究合作。近年来，主持国家自然科学基金、国家留学基金公派访问学者项目、中央引导地方科技发展资金项目、河北省自然科学基金、河北省课程思政示范课程项目、河北省高等学校科学研究重点项目等十余项国家级、省部级课题；以通讯/第一作者在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊发表SCI检索论文30余篇，研究方向主要为刺激响应高分子复合材料。

7

报告人：陶荣甲，Temple University

时间：6月18日（周三）9:30

单位：中国科学院理论物理研究所

地点： 北楼322

8

报告人：叶萌，中国工程物理研究院研究生院

时间：6月18日（周三）10:00

单位：中国科学院物理研究所

地点：M楼253会议室

摘要：

中心反演破缺的材料在与光相互作用时可以产生二次谐波，因此二次谐波产生（SHG）通常用来探测材料结构的铁电相变。在磁性材料中，复杂的磁结构也可以破坏中心反演对称性，与光发生相互作用，产生磁致二次谐波（MSHG）。该现象可以用来探测复杂磁结构，并对光进行磁光调控。近几年，我们先后推导完善了磁性材料SHG的理论公式，研究了共线和非共线磁构型引起的MSHG，并发现不同磁构型贡献的MSHG在微观机制和对称性上具有非常大的差异。其中，我们发现磁结构的矢量自旋手性可以引起非常规的MSHG，即手性SHG。我们以双层反铁磁性材料CrI3和CrSBr为例，利用第一性原理计算，分别探索了常规和非常规MSHG的微观机制和调控手段，提出了基于共线和非共线磁构型的非线性光学元件和磁光探测应用。

报告人简介：

叶萌，本科毕业于中国科学技术大学物理系，博士毕业于美国罗格斯新泽西州立大学，曾在美国芝加哥大学分子工程学院和清华大学物理系从事博士后研究，现为中国工程物理研究院研究生院材料结构与功能研究室副研究员。近年来主要通过理论计算方法研究材料的电极化，磁性以及材料与光场相互耦合的现象。在Nature Physics, Science Advances, Physical Review Letters, Nature Computational Science, Advanced Materials等物理和材料领域重要期刊上共发表论文21篇。

9

报告人：钱小石，上海交通大学

时间：6月18日（周三）15:30

单位：中国科学院物理研究所

地点：M249会议室

摘要：
凝聚态可控相变研究开启了近现代许多重要工程应用（各类换能器、传感器与驱动器等），至今依然是众多学科的前沿研究方向。近年来凝聚态相变应用研究出现显著的与热能交叉的趋势，如：巨电卡效应起源于功能电介质的可逆电致相变，其赋能的新一代全固态制冷器件，具备高能效比、柔性、轻量化、可穿戴的特点，有望在芯片热点制冷、单兵红外隐身与伪装、人体热舒适、楼宇局域制冷等前沿热应用领域提供高制冷能效比、高功重比的冷热调控能力，符合世界低碳发展需求以及我国双碳目标。这里我将分别简要汇报我们课题组在相变功能材料赋能的主动热管理、热驱动系统方面近期的一些工作：1.电卡制冷-电致伸缩双效应驱动的薄膜制冷系统，其样机实测峰值能效比超过60，制冷功率密度达到6.5kW/kg，循环寿命超过三百万次；2.弛豫铁电高分子材料经过复杂界面极性调控后展现出超高电卡效应，最大温变超38摄氏度；3.钛酸钡基无铅陶瓷中的巨电卡效应。

报告人简介：
钱小石，上海交通大学机械与动力工程学院特聘教授，前瞻交叉研究中心执行副主任，博士生导师，主要从事铁电、电介质物理及衍生的智能机械与能源动力系统研究，曾任职于美国Nascent Device llc.，担任副总裁、首席技术官，2018年全职回国工作。回国后的研究工作已在Nature(4篇), Science(3篇)等期刊发表，主持国家级人才专项项目，国家级青年人才项目、基金委面上项目、国家重点研发计划项目课题、上海市科委基础研究领域、原创探索项目等多项基础研究项目/课题。

10

报告人：赵侃，北京航空航天大学

时间：6月19日（周四）14:00

单位：中国科学院物理研究所

腾讯会议ID：428-185-434

地点：M楼238会议室

摘要：

自旋系统中的阻挫会导致奇异物态的形成。在具有烧绿石结构的自旋冰Dy2Ti2O7中，Ising自旋的排列服从局部“冰规则”，使得空间孤立磁单极子的数量最小化，类似于水形成的冰中的电偶极子。在2D平面内，可以类似地定义排列在kagome晶格上的Ising自旋的冰规则，要求每个三角形具有单个磁单极子，导致各种独特的磁有序和激发。

结合低温磁性和热力学测量、单晶中子散射和蒙特卡罗(MC)模拟，我们发现了阻挫磁性金属HoAgGe作为第一个实现kagome自旋冰态的自然化合物。通过中子漫散射，绘制了HoAgGe在不同温度下的自旋序行为：系统首先进入伴随有磁荷涨落的部分磁有序态，区别于理论预测的磁荷有序相，最终进入有序磁基态。建立了准2D自旋模型，阐明其中3D XY相变普适类，同时发生时间反转对称性(TRS)破缺。更有趣的是, 发现HoAgGe的TRS破缺相存在具有一种奇特磁性响应：两个时间反演简并态可以用非线性磁化率来区分和选择，其与kagome冰规则密切相关。我们的发现不仅揭示了一类kagome自旋冰中新的对称性破缺过程，也展示了自旋阻挫体系在信息技术中的应用潜力。

基态时, 沿kagome平面b轴施加磁场，系统表现出1/3，2/3和极化态等磁平台，平台上的磁矩大小随着升场和降场完全一致，但是反常霍尔效应(AHE)和纵向磁阻曲线出现了明显的回滞。通过中子衍射实验，确定了磁平台上的简并态磁结构，明确了连接这些准简并态的对称操作，其与HoAgGe中kagome晶格的非平凡畸变密切有关。结合模型计算，揭示了一类特殊非共线磁结构，能带结构相同，但是具有不同的AHE、线性磁电阻和轨道磁化等。

报告人简介：

赵侃，北航物理学院教授、博士生导师，工信部海外青年人才。2013年中国科学院物理研究所靳常青研究员课题组取得博士学位，2013至2021年在德国哥廷根大学和奥格斯堡大学进行博士后研究，2014至2016年德国洪堡学者。围绕强关联量子磁性主题开展研究工作，以第一/通讯作者发表研究论文13篇，包括Science1篇、NaturePhysics1篇、NatureComm.1篇、Phys.Rev.B6篇等。目前主持国家自然基金面上项目，科技部重点研发计划项目课题，北京市杰出青年科学基金。

封面图片来源：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827863150847092847&wfr=spider&for=pc

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