Prof. Yugui Yao 姚裕贵

Professor

量子材料中心客座教授、北京理工大学物理学院长江特聘教授、杰青、博士生导师、副院长

 

教育:

1992年在南开大学物理系获得物理学学士学位,其后分别获得中科院上海光学精密机械研究所的光学硕士学位(1995)和中科院力学研究所的力学博士学位(1999)。

 

工作经历:

1999-2001年进入中科院物理研究所博士后流动站,出站后留所工作。2001-2003年到美国Texas大学Austin分校物理系从事博士后研究。2004年任物理所副研究员,2007年破格提升为研究员,2008年物理所博士生导师。2011年10月调到北京理工大学物理学院工作,任教授、博士生导师、理论和计算物理中心主任、副院长。

 

科研方向:

研究方向为计算物理和量子功能材料设计与应用,具体有:

(1)发展基于量子力学的计算方法,研究材料中反常霍尔效应、自旋霍尔效应、轨道霍尔效应、平面霍尔效应、热电效应、磁光效应、磁阻、磁矩以及拓扑等量子物性,特别关注自旋-轨道耦合体系的电子结构、BERRY相与量子物性之间的关系;在此基础上将开发和设计出相应的高性能并行计算软件包。 

(2)结合理论设计、计算模拟和实验方法,研究各种新型量子功能材料(如拓扑绝缘体、拓扑超导体、二维层状量子材料等)及相关物性;通过研究光与物质的相互作用机理,设计出高效光能源量子转换材料,并制备高效的光电池和光催化器件。

具体研究方向还可参考我的论文,论文目录见:http://www.researcherid.com/rid/A-8411-2012

 

主要学术业绩:

研究领域为计算物理和凝聚态物理,至今在SCI收录的杂志上发表100余篇研究论文,其中包括18篇Phys. Rev. Lett.,1篇Nat. Mater.,2篇Nano Lett.,2篇ACS Nano,1篇Chem. Sov. Rev.。在反常霍尔效应、拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯等领域的研究成果获得了国内外同行的广泛关注,所有文章共被引用4800余次,目前年均引用1300余次,6篇论文单篇引用过200次(依次为577、372、369、298、296、245),12篇论文单篇引用过100次,过去十年有13篇论文入选ESI(High Cited Papers),h-index=32,曾在美国APS年会等国际会议多次作邀请报告。

曾获2011年“中国科学院杰出科技成就奖”,2012年获得国家杰出青年基金资助、入选“长江学者特聘教授”计划,2014年入选“科技部中青年科技创新领军人才”计划。中国计算物理学会理事,中国物理学会凝聚态计算专业委员会委员。Scientific Reports,International Journal of Modern Physics B,Modern Physics Letters B国际SCI期刊编委,承担国家自然科学基金面上项目、科技部973/量子调控等项目多项。

 

主要学术贡献:

姚裕贵教授长期从事计算物理和凝聚态物理研究,重要工作大都可归结于利用第一性原理方法研究真实材料的贝里相位效应范畴,简述如下:

(1) 反常输运研究:

率先发展了精确计算反常霍尔电导率的第一性原理方法,阐明了反常Hall效应的内禀物理机制,并定量指出反常Hall效应中基于Berry Phase的内禀部分重要性。该工作单篇引用达245余次,并被国际上多个实验组验证。著名计算物理学家美国科学院院士Vanderbilt在2006年Rahman奖(APS计算物理方面最高奖)的获奖报告中曾高度评价此工作,并在其论文中指出该研究具有开拓性。与实验合作,提出反常Hall效应内禀和外在部分的分解方法,并给出反常Hall效应中内禀电导率和磁化强度成线性关系的理论解释及定量计算,该工作被写进Michael P. Marder的《Condensed Matter Physics》教科书。在此基础上,国际上我们还率先发展了计算其他反常输运物理量(如反常热电系数、自旋霍尔电导率等)的第一性原理方法,能定量解释和预测了相关实验。代表性论文:Phys. Rev. Lett.92, 037204 (2004); 96, 037204 (2006); 97, 026603 (2006); 94, 226601 (2005); 95, 156601 (2005)。

 

 (2)拓扑绝缘体研究:

三维拓扑绝缘体的预测:

率先发展了适用于任意体系的拓扑不变量Z2的第一性原理方法,并利用该方法预测了Half-Heusler和黄铜矿两个新体系中可能存在大量三维拓扑绝缘体,部分材料被实验证实,此外美国科学院院士张首晟教授也在他的综述Rep. Prog. Phys.中大篇幅引用我们的工作;预测了beta-Bi4Br4和应变的beta-Bi4I4是弱拓扑绝缘体,发现强拓扑绝缘体和弱拓扑绝缘体拓扑相变区间会形成复合Weyl半金属。代表性论文:Phys. Rev. Lett. 105, 096404 (2010);106, 016402 (2011);109, 266405 (2012); 116, 066801 (2016); Phys. Rev. B  82,235121;Comp. Phys. Comm.183, 1849 (2012)。

二维拓扑绝缘体的研究:

国际上率先研究了石墨烯中的自旋轨道耦合相互作用,并指出实验条件下量子自旋霍尔效应在纯石墨烯中不可能实现。该工作获得了国际上的广泛认可,单篇引用372余次。其中,诺贝尔奖获得者Geim和美国科学院院士Kane(量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体概念提出者)分别在他们的Rev. Mod. Phys.综述中引用该结论。在此基础上,提出了石墨烯中通过吸附铁原子或者将其放在铁磁绝缘体上实现量子反常霍尔效应的方案,该研究激发了诸多后续理论和实验工作,单篇引用177余次。首次指出类石墨烯体系-‘硅烯’,是二维拓扑绝缘体,并预测其可能实现量子自旋霍尔效应(相关理论文章单篇引用577次、298次)、谷极化的量子反常霍尔效应和拓扑高温超导等,该系列工作引发了理论和实验上研究硅烯、锗烯、锡烯的热潮,文中提出的相关理论模型被文献中命名为(Liu-Yao-Feng-Ezawa 模型);2012年和实验合作在在金属银衬底上合成了硅烯,是世界上最早合成硅烯的三个实验组之一,相关实验论文单篇引用296次、369次。预测了两类性能优良的量子自旋霍尔绝缘体- Bi4Br4和能隙最大的铋烷体系,正待实验证实。代表性论文:Phys. Rev. Lett. 107,076802 (2011);109,056804 (2012);111,066804 (2013);112,106802 (2014);Phys. Rev. B75, 041401(R) (2007);82, 161414(R) (2010);84, 195430 (2011);90,085431 (2014);Nano Lett. 14, 4767 (2014)。

 

招生信息和学生培养情况:

每年拟在北京理工大学招收多名保送或考研研究生(硕士生、硕博连读生或博士生)、博士后。对学生的要求:1. 热爱科学研究,如果不真心喜欢或仅需要文凭者请您不要报考我;2. 刻苦勤奋、工作主动;3. 鼓励学科交叉。报考前请和我联系,优秀生面试通过后可预录取,在读期间表现优异者有出国交流机会。 至今为止毕业6个博士生,其中5个学生在高校或研究所中工作,5个学生曾以第一作者在Phys. Rev. Lett.或Nano Lett.上发表过学术论文。

 

联系方式:

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Yugui Yao (姚裕贵)

School of Physics

Beijing Institute of Technology

Beijing 100081, China

Tel:86-10-68918672

Fax:86-10-68913163

Email: ygyao@bit.edu.cn;  ygyao@aphy.iphy.ac.cn  

Homepage: http://physics.bit.edu.cn/szdw/gccrc/zjxzjq/yyg13/index.htm