Dr. Xibo Zhang

Assistant Professor

  

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Office:Physics Building W529, 物理楼西529

Tel:010-62768901

Labphone:010-62768306

Email:xibo@pku.edu.cn

Personal Homepage:http://www.phy.pku.edu.cn/~ultracold/index.html

 

Education

Degree

Year

Major

Institution

Ph.D.

2005/08-2012/03

Physics

University of Chicago

B.S.

2001/09-2005/07

Physics

Peking University

 

Professional Appointments

Year

Position

Institution

2012/07-2015/12

Post-doctoral Research Associate

JILA,  University of Colorado at Boulder

2012/04-2012/06

Post-doctoral Researcher

University of Chicago

 

Research Interests

I am interested in combining the powers of ultracold atoms and precision measurements to study quantum manybody physics. Specifically, my first experiment will choose atomic strontium (Sr) that is very unique because it simultaneously possesses the capability to reach ultracold temperatures and an ultra-narrow clock transition that is ideal for performing precision spectroscopy with. We will cool Sr atoms into quantum degeneracy (at nanoKelvin temperatures), manipulate them with precision tools like high-spatial-resolution microscopy and high-resolution laser spectroscopy to create interesting quantum states, and precisely measure these quantum states with the same tools that are used to create them. Ultracold strontium holds promise for realizing novel quantum states in strongly correlated systems as well as exotic interacting topological materials.

 

Honors and Awards

2012    Student travel grant to attend the 43rd DAMOP

2006    Sachs Fellowship, University of Chicago, Chicago

2004    May 4th Fellowship, Peking University, Beijing

2003    Guanghua Fellowship, Peking University, Beijing

2003    President’s Undergraduate Research Fund, Peking University, Beijing  

 

Selected Publications

1. N. Gemelke, X. Zhang, C.-L. Hung, and C. Chin, “In situ observation of incompressible Mott-insulating domains in ultracold atomic gases.” Nature 460, 995-998 (2009).

2. C.-L. Hung, X. Zhang, N. Gemelke, and C. Chin, “Observation of scale invariance and universality in two-dimensional Bose gases.” Nature 470, 236-239 (2011).

3. X. Zhang, C.-L. Hung, S.-K. Tung, and C. Chin, “Observation of quantum criticality with ultracold atoms in optical lattices.” Science 335, 1070-1072 (2012).

4. M. J. Martin, M. Bishof, M. D. Swallows, X. Zhang, C. Benko, J. von-Stecher, A. V. Gorshkov, A. M. Rey, and J. Ye, “A quantum many-body spin system in an optical lattice clock.” Science 341, 632-636 (2013).

5. B. J. Bloom, T. L. Nicholson, J. R. Williams, S. L. Campbell, M. Bishof, X. Zhang, W. Zhang, S. L. Bromley, and J. Ye, “An optical lattice clock with accuracy and stability at the 10-18 level.” Nature 506, 71-75 (2014).

6. X. Zhang, M. Bishof, S. L. Bromley, C. V. Kraus, M. S. Safronova, P. Zoller, A. M. Rey, and J. Ye, “Spectroscopic observation of SU(N)-symmetric interactions in Sr orbital magnetism.” Science 345, 1467-1473 (2014).

 

Open Positions

I am interested in recruiting two Ph.D. students and one postdoc. I look forward to working together with students and researchers who are enthusiastic about ultracold atoms and precision measurements, starting 2015/12.

Dr. Xibo Zhang 张熙博
量子材料中心研究员,助理教授,博士生导师
 
联系方式
xibo(at)pku.edu.cn
北京大学物理学院西楼W529
实验室电话:010-62768306
 
 
 
 
 
简历:
张熙博,1984年生于河南卫辉。
2005年7月在北京大学物理系获得学士学位,导师为刘川教授;
2012年3月在美国芝加哥大学物理系获得博士学位,导师为金政(Cheng Chin)教授;
2012年7月至2015年12月在美国科罗拉多大学博尔德分校(CU Boulder)实验天体物理联合研究所(JILA)从事博士后研究,导师为叶军(Jun Ye)教授;
2015年12月加入北京大学量子材料科学中心,被聘为研究员,博士生导师。
 
 
 
研究关键词
超冷原子(ultracold atoms),多体物理(manybody physics),锶(strontium, Sr),激光(laser),精密测量(precision measurements),光学(optics),高分辨率(high-resolution)
 
研究兴趣和方向
超冷原子实验与精密测量在现代AMO(原子分子光学)物理学研究进展中相辅相成,联系日益紧密。锶原子气体可以同时达到十亿分之一开尔文(纳开)量级的极低温度和原子钟量级的高测量准确度,从而提供了一个非常独特而富有潜力的多体物理实验平台。我们对这些类问题感兴趣:在一个强关联系统的动态演化中,超越平均场的量子多体效应是如何涌现的?当产生了一个有趣的量子多体态时,如何在获得该态的定量信息的同时仍保持其相干性(量子非毁坏性测量)?如何以超冷原子为工具,制备新颖的相互作用拓扑量子态?为了进攻这些问题,我们会在自己搭建的仪器中,利用最新的原子冷却与捕获技术,把锶原子冷却成为纳开温度的量子简并气体。以这种超冷锶原子气为起点,我们会利用高分辨率的原子操控技术来实现新颖的强关联量子多体态,并随即对这些态进行精准的探测。这些高分辨率的操控和探测技术包括1微米空间分辨率的光学显微技术和亚0.05赫兹线宽的超稳激光光谱技术。
 
过去的主要工作

读博士期间,与伙伴一起从一间空房间开始,成功搭建了一套铯(cesium)原子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)与光晶格(optical lattice)实验仪器系统。2007年11月7日上午11时,美国第一个cesium BEC在芝加哥出世。

2009年2月5日,与合作者一起,实现了单层铯原子在二维光晶格中的二维量子气体的样品制备,并将高空间分辨率的光学显微技术应用于该样品,在国际上首次观测到超冷原子在约束势阱正常运行(in situ)时的高分辨率(2~3个光晶格常数)二维密度分布图象。当年夏天,这项工作在8月20日的Nature发表;随后数年中,这种高分辨率成像的实验手段已在世界各地的冷原子实验组被广泛采用。
2011年下半年,将铯原子在二维光晶格中的二维量子气体降温至5纳开(5 nanokelvin,即十亿分之五开)的超低温,第一次在该类超冷原子系统中观测到真空 超流相变点附近的量子临界现象。这篇论文发表在2012年2月16日的Science Express上。
2014年初,利用原子钟的超高测量精度,在温度远高于量子简并温度的微开(microkelvin)锶(strontium)原子气体中,首次观测到锶原子-锶原子相互作用所遵循的SU(N = 10)对称性,这也是在自然界所有系统中首次实验观测到大N情形下的SU(N)对称性;随后,在该“高温”气体的动力学退相干过程中,进一步观察到量子多体关联效应;这篇论文以Research Article的形式发表在2014年8月21日的Science Express上。
 
论文发表

1.      N. Gemelke, X. Zhang, C.-L. Hung, and C. Chin, “In situ observation of incompressible Mott-insulating domains in ultracold atomic gases.” Nature 460, 995-998 (2009).

2.      C.-L. Hung,X. Zhang, N. Gemelke, and C. Chin, Slow mass transport and statistical evolution of an atomic gas across the superfluid-Mott insulator transition.Physical Review Letters 104, 160403 (2010).

3.      C.-L. Hung, X. Zhang, N. Gemelke, and C. Chin, “Observation of scale invariance and universality in two-dimensional Bose gases.” Nature 470, 236-239 (2011).

4.      X. Zhang, C.-L. Hung, S.-K. Tung, and C. Chin, “Observation of quantum criticality with ultracold atoms in optical lattices.” Science 335, 1070-1072 (2012).

5.      L.-C. Ha, C.-L. Hung, X. Zhang, U. Eismann, S.-K. Tung, and C. Chin, Strongly interacting two-dimensional Bose gases. Physical Review Letters 110, 145302 (2013).

6.      M. J. Martin, M. Bishof, M. D. Swallows, X. Zhang, C. Benko, J. von-Stecher, A. V. Gorshkov, A. M. Rey, and J. Ye, “A quantum many-body spin system in an optical lattice clock.” Science 341, 632-636 (2013).

7.      M. Bishof, X. Zhang, M. J. Martin, and J. Ye, An optical spectrum analyzer with quantum limited noise floor. Physical Review Letters 111, 093604 (2013).

8.      B. J. Bloom, T. L. Nicholson, J. R. Williams, S. L. Campbell, M. Bishof, X. Zhang, W. Zhang, S. L. Bromley, and J. Ye, “An optical lattice clock with accuracy and stability at the 10-18 level.” Nature 506, 71-75 (2014).

9.      X. Zhang, M. Bishof, S. L. Bromley, C. V. Kraus, M. S. Safronova, P. Zoller, A. M. Rey, and J. Ye, “Spectroscopic observation of SU(N)-symmetric interactions in Sr orbital magnetism.” Science 345, 1467-1473 (2014).

 
研究生/本科生培养
  • Why our lab?     
支持学生成为创新实践者,从使用最简单的工具开始,逐步熟悉实验室中相关工具的使用技巧和功能,自己在实验室里记录和收集数据,逐步根据自己的新想法去制作实验仪器,自己设计新颖的实验方案,最终领导一个超冷原子物理实验。
实现实验素质的全面提升:超冷原子与精密测量实验涉及激光光学,电子学,真空技术,和原子物理方方面面的实验训练和技巧,同学可以自己动手把知识和实践联系起来,这不仅对动手能力和研究能力是十分难得的打好基础锻炼提升之机会,而且为面对毕业之后的挑战(比如到其他国际一流实验室做博士后研究,或进入工业界工作)提供足够的自信和底气。
 
  • Who should apply to our lab?
每年拟招研究生1-2名,本科生若干。
如果你把物理作为生活中的最大乐趣,同时对超冷原子实验,精密测量和光学实验有热情,那么欢迎你来量子中心和我面谈。
与大家共勉追求实验技术极限,瞄准最难的物理实验
 
  • Seven things I know to be true
1. Physics is fun.
 (原始出处:Prof. Jan Hall)
 一个人的能力有限,只有选择了自己的兴趣,追随自己强烈的好奇心来做物理研究,才有可能提出好的问题,并且集中精力,长时间呆在实验室里,反复尝试新的设计方案来达到目标。无论是7-11,还是8-12,都是靠工作来激发充沛的精力,兴趣使我们不会疲倦。没有兴趣,就没有意义。
 
2. Physics is an experimental science.
 (原始出处:Prof. Samuel C. C. Ting)
 物理学是一门实验科学。没有一个理论能够驳斥实验的结果;反之,如果一个理论与实验观察的事实不符合,那么这个理论就不能存在。所以,最主要的是踏踏实实地把自己的实验做好。实验做正确了以后,所有其他发展会随之而至。
 

3. Science is based on measurement science. If you push the measurement precision to the next decimal point, you will find new truths. 科学建立在测量科学的基础之上。将小数点往后移一位,你就会发现新的真理。

 (原始出处:Prof. Jun Ye)
 有了更高的实验精确度,就可以抓住在同等实验条件下本来难以探测的新颖多体物理的“蛛丝马迹”。不断提高实验精确度,不断创造新的极端实验条件,是产生和探测新的量子物质的两大要素,这样的实验是双脚落地的实验。
 

4. Experimenting has a lot of ups and downs, but there is no “give up” in our minds – we are always going forward and enjoying our exploration together.

 (原始出处:Prof. Cheng Chin)
 超冷原子实验研究是一项复杂的探索性活动,很多时候需要集中多人的力量才能翻越险峰。有时候一连几个星期没有结果,这时需要坚持不懈,更需要自己创造各种条件达成目标:要有信心,不要丧气,也许下个星期结果就会出来。
 

5. Do not fall into the trap of doing trivial things. Logical consistency is much more important than temporary fitting of data. If one can make conceptual advances, those are important works.

 (原始出处:Prof. Tin-Lun (Jason) Ho)
 提出一个好的问题,可能比解决一个问题更重要;提出一个逻辑上完整自洽的新概念,比获得理论与实验结果的一时吻合远远更为重要。
 
6. 好的学生,最后必定超过老师。
 (原始出处:王新房先生)
 
7. 爱科学,爱祖国,双爱双荣。
 (原始出处:王隽英先生)
 
博士后聘用
有空缺,面议。