Dr. Yang Liu 刘阳

Dr. Yang Liu 刘阳

量子材料中心研究员，助理教授，博士生导师

 

联系方式：

Liuyang02(at)pku.edu.cn

北京大学物理学院西楼W544

实验室电话：待定

实验组主页：

http://catslabicqm.com

简历（个人简历.pdf）

2002-2006

清华大学

电子工程系

工学学士

 

 

2006-2008

清华大学

电子工程系

工学硕士

干涉型光纤传感系统调制解调，激光诱导击穿光谱学

廖延彪

2008-2014

Princeton

电机工程系

哲学博士

GaAs宽量子阱中二维电子气

Mansour Shayegan

2014-2015

Princeton

电机工程系

博士后

GaAs宽量子阱中二维空穴气

Mansour Shayegan

2015-2018

Stanford

物理系

博士后

扫描隧道显微镜；原子/分子操控

Hari Manoharan

2018---

北京大学

量子材料科学中心

助理教授

低温+强磁场+二维电子气+多体物理+光学/探针/输运等测量手段

研究计划

 

关键词

超高迁移率砷化镓异质结(Ultra-high-mobility GaAs heterostructure)，二维电子气(Two-Dimensional electron/hole system)，量子霍尔效应(quantum Hall effect)，多体物理（many-body physics），稀释式制冷机(dilution refrigerator)，低温强磁场输运测量（low-temperature high-magnetic-field transport measurement）

 

招生信息

计划招收博士研究生一至两名，欢迎面谈。

 

研究兴趣和方向

半导体异质结结构不连续的能带结构会在界面处构成势阱，并在界面束缚大量的电子形成一个薄层。电子在垂直于界面方向的运动被势阱束缚而被量子化，而其平行于表面的运动仍然是自由的。这样的电子薄层被称为二维电子气（2DEG）。在极低温度下（~10 mK），极纯净半导体材料中，电子散射等非理想因素被降至极低。二维电子气的物理性质完全由电子的动能以及电子间库仑作用力所决定，并在强磁场的作用下呈现出一系列新颖的量子态。其中包括整数量子霍尔效应（Integer Quantum Hall Effect, IQHE, Klaus von Klitzing, et al. Nobel Physics,1985），分数量子霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect, FQHE,崔琦, et al. Nobel Physics, 1998），Wigner晶体，电荷密度波等等。

分数量子霍尔效应是二维电子气展现的一种独特的多体量子态(many-body quantum state)。这种稳定的量子态完全由电子之间的相互作用引入。它的內在禀赋蕴含在电子与电子之间的相对拓扑结构。这种拓扑结构的宏观外在表现展示出超流的特征。尤为特殊的是位于朗道能级填充系数5/2的量子霍尔态。现有的实验和理论研究认为该量子态由Pfaffian波函数描述，其准粒子满足非阿贝尔统计特性，可以用于拓扑量子计算。

实验技术是物理研究的基石，新的测量手段和装置往往会带来新的物理发现。我们课题组科研立足于独创的先进测量方法研究物理，坚持不懈的自主研发仪器装置，开发出多种可以用于极低温量子测量的实验研究方法。我们利用这些实验手段突破现有极限，在极低温环境下的电容、表面声波、磁光克尔等研究方向发现了多项新的物理现象。

电容测量是物理研究中一种极为实用的表征材料和器件特性的测量技术。在量子系统中，宏观量子态的形成会引起载流子态密度和化学势的变化。这些载流子的量子效应所引起的等效电容称为量子电容。我们用该方法系统化、定量化的研究了Wigner晶体的动态响应。在外加电场的作用下，周期排布的电子的集体运动产生极化电荷，对外表现出了电容性的响应。

当线偏光垂直入射到样品表面时，反射光主轴方向相对于入射偏振面转过一定角度的现象就是磁光克尔效应。该方法具有直接，非接触，高灵敏度等等优点，适用于研究材料中的电子自旋极化等时间反演对称性破缺现象。根据自身优势和中心的研究需要，我们开发出一套基于光纤的极低温磁光克尔效应测量装置，该装置可以实现0.2 mrad的测量精度，能够在50 mK进行5 mm空间分辨的扫描成像。

表面声波是一种振幅随深度指数衰减的弹性波。在GaAs等压电效应的材料中，传播的表面声波会产生周期性的电场。二维体系中的电子会被该电场驱动从而聚集在这些势阱中。我们在实验中使用极低的声波功率并取得极高的分辨率，此时声波在电子系统中诱导的扰动已经显著小于输运电流的干扰和温度涨落。我们在实验中发现声速响应和体系中的电流密度存在线性依赖，表明电子系统在承载电流时变得更加的不可压缩。我们的发现对传统理论模型提出了挑战，填补了对于载流子输运机制方面的认识空白，有望推动相关研究的进一步发展。

我们利用全光纤迈克尔逊干涉仪搭建了形变测量装置，实现了高分辨率的热膨胀系数、压电系数及磁致伸缩等物理量的测量。该装置实现亚pm量级形变分辨率和mK量级的温度分辨率；保留了交流形变相对于交流加热的相位延迟，可用于物性的动态性质的研究。该装置达到甚至超越传统的电容测量装置的性能，其非接触式测量的特性放宽了对样品的约束和限制，同时使得样品的同步调控和测量成为可能。我们研究BaFe2As2 的磁相变，发现了磁相变温度附近的“形变–温度”回滞，该回滞宽度与交流加热速率和样品厚度有关，表征了材料磁相变的相边界传播速度。

 

代表性论文（论文列表2024.pdf）：

  1. Wenxuan Wang, Gengdong Zhou, Wenlu Lin, Zuo Feng, Miao Liang, Zaizhe Zhang, Min Wu, Le Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Wei Yang, Guangyu Zhang, Kaihui Liu, Jinhua Gao, Yang Liu*, Xincheng Xie, Zhida Song* and Xiaobo Lu*, “Correlated Charge Density Wave Insulators in Chirally Twisted Triple Bilayer Graphene”, accepted by Phys. Rev. Lett.
  2. Mengmeng Wu, Xiao Liu, Renfei Wang, Xi Lin*, and Yang Liu*, "A high-speed, high-resolution thermometer using surface acoustic wave delay-line", Rev. Sci. Instrum. 95, 054903 (2024).
  3. Xin Qin, Xingyu Wang, Wenshan Hong, Yuan Li, Huiqian Luo, Shiliang Li*, and Yang Liu*, “Electronic Phase Propagation Speed in BaFe2As2 Revealed by Dilatometry”, Phys. Rev. Applied 21, L041003 (2024).
  4. Xin Qin, Guoxin Cao, Xingyu Wang, Wenshan Hong, Yuan Li, Huiqian Luo, Shiliang Li, and Yang Liu*, “An ultra-high-resolution AC dilatometry using fiber-interferometer”, accepted by Rev. Sci. Instrum. 95 053905 (2024).
  5. Daiqiang Huang, Yang Wang, He Wang*, Jian Wang and Yang Liu*, “Magneto-optic Kerr Effect Measurement of TbMn6Sn6 at mK-Temperature”, Chinese Physics Letters 41, 047801 (2024).
  6. Xiao Liu, Mengmeng Wu, Renfei Wang, Xinghao Wang, Wenfeng Zhang,  Yujiang Dong, Rui-Rui Du,  Yang Liu* and Xi Lin*, “The Interaction between Surface Acoustic Wave and Quantum Hall Effects”, Chinese Physics Letters 41, 047301 (2024).
  7. Mengmeng Wu, Xiao Liu, Renfei Wang, Yoon Jang Chung, Adbhut Gupta, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, Xi Lin*, Yang Liu*, “Morphing of Quantum Phases When Hosting Current”, Phy. Rev. Lett., 132, 076501 (2024).
  8. Shuai Yuan, Jiaojie Yan, Ke Huang, Zhimou Chen, Haoran Fan, L. N. Pfeiffer, K. W. West, Yang Liu*, Xi Lin*, “Pseudospin Polarization of Composite Fermions under Uniaxial Strain”, Phys. Rev. B 109, L081110 (2024).
  9. Wenlu Lin, Xing Fan, Lili Zhao, Yoon Jang Chung, Adbhut Gupta, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, Hong Lu, Yang Liu*, "Metastable Charge Distribution Between Degenerate Landau Levels", Phy. Rev. B 109, 035305 (2024).
  10. Lili Zhao, Wenlu Lin, Y. J. Chung, Adbhut Gupta, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, Yang Liu*, “Dynamic response of Wigner Crystals”, Phys. Rev. Lett. 130, 246401 (2023).
  11. Jiaojie Yan, Yijia Wu, Shuai Yuan, Xiao Liu, L. N. Pfeiffer, K. W. West, Yang Liu, Hailong Fu, X. C. Xie, Xi Lin*, “Anomalous quantized plateaus in two-dimensional electron gas with gate confinement”, Nature Communications 14, 1758 (2023).
  12. Huimin Sun, Yizhou Liu, Daiqiang Huang, Yu Fu, Yu Huang, Mengyun He, Xuming Luo, Wenjie Song, Yang Liu*, Guoqiang Yu, Qing Lin He*, “Nonvolatile zero-field magnetization switching in a single-layer magnetic topological insulator”, Communication Physics 6, 222 (2023).
  13. Lili Zhao, Wenlu Lin, Xing Fan, Yuanjun Song, Hong Lu*, Yang Liu*, “High Precision, Low Excitation Capactiance Measurement Methods from 10 mK- to Room-Temperature”, Review of Scientific Instruments 93, 053910 (2022).
  14. Lili Zhao, Wenlu Lin, Y. J. Chung, K. W. Baldwin, L. N. Pfeiffer, Yang Liu*, “Finite Capacitive Response at the Quantum Hall Plateau”, Chinese Physics Letters 39, 097301 (2022).
  15. Yoon Jang Chung, S. Yuan, Yang Liu, K. W. Baldwin, K. W. West, M. Shayegan, L. N. Pfeiffer*, “Heterostructure design for high-quality, high-density, GaAs two-dimensional electron system with g-factor tending to zero”, Appl. Phys. Lett. 117, 022102 (2020).
  16. Ke Huang, Pengjie Wang, L. N. Pfeiffer, K. W. West, K. W. Baldwin, Yang Liu*, and Xi Lin*, “Resymmetrizing Broken Symmetry with Hydraulic Pressure”, Phys. Rev. Lett. 123, 206602 (2019).