华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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付英双

发布日期:2017-09-06    作者:     来源:     点击:

姓名:付英双

职称:教授

电子邮箱:yfu#hust.edu.cn; yingshuangfu#gmail.com(请将#换成@)

办公地址:华中科技大学物理学院科技楼

通讯地址:武汉市珞喻路1037号 华中科技大学物理学院 (邮编430074)


个人基本情况

2003年毕业于山东师范大学物理学院(物理学学士)。

2008年毕业于中国科学院物理研究所(凝聚态物理博士)。

2008至2011在德国汉堡大学应用物理研究所做博士后。

2011至2014在日本理化学研究所任国际特别研究员。

2014年入选国家千人计划(青年千人项目),并受到优先资助。同年起受聘为华中科技大学物理学院教授、博士生导师。


研究领域

量子材料和纳米结构体系的控制生长和物理性质研究,具体包括:

(1)拓扑绝缘体表面态的调控和自旋特性;

(2)低维量子体系中的磁性和超导物理研究;

(3)谷电子学材料的制备和物理性质表征。


主要研究成果

1)狄拉克波函数两分量特性的揭示【Nat. Phys., in press】

无质量的狄拉克电子体系是前沿凝聚态物理中的研究热点。与常规电子不同,狄拉克电子的运动需要用两分量波函数来描述。在拓扑表面态中,该两分量波函数对应电子自旋。因此,对其波函数的观测可以为拓扑表面态的自旋调控提供新的思路。我们利用极低温强磁场扫描隧道谱,通过测量拓扑绝缘体Bi2Se3表面态的朗道能级对局域杂质电势的响应;并结合模型计算,发现该两分量特性可以从受电势影响而退简并的朗道能级中体现出来。我们还进一步预测伴随电势变化会在实空间出现新奇的自旋构形。该工作提供了一种对拓扑表面态自旋进行量子操控的崭新平台,将会对拓扑物理和自旋电子学产生重要影响。

2)拓扑绝缘体表面态在偏压控制下的记忆效应【ACS Nano 7,4105(2013)】

拓扑绝缘体是一种新型的量子材料,其表面态电子没有质量,并且其动量和自旋维度直接关联存在确定的手性关系,从而不受非磁性杂质散射,具有新奇的物理特性和广阔的应用前景。对拓扑表面态的调控一直以来都是领域热点问题。我们利用扫描隧道显微镜,发现在拓扑绝缘体Bi2Te2Se表面态形成的朗道能级的能量位置在施加样品偏压控制下发生移动,移动的程度对偏压有记忆效应,从而提供了一种全新的调控拓扑表面态的途径。

3)对单分子磁体自旋劈裂分子轨道的实空间观测【Nat. Comm. 3, 953 (2012)】

将单分子磁体应用到分子自旋电子学中所面临的关键问题是如何理解并控制分子和磁性电极间的相互作用。而理解它们之间界面的信息需要明确分子的吸附构型和参与输运的分子轨道的自旋特征。我们在铱(111)表面通过分子束外延生长制备出钴磁性纳米岛,利用自旋极化扫描隧道显微镜首次在实空间观测到了吸附在钴纳米岛上的单分子磁体TbPc2的自旋劈裂分子轨道,并通过自旋极化扫描隧道谱直接测量到了最低未占据分子轨道自旋劈裂的大小。

4)基于单分子磁体的手性分子开关【Nano Lett. 8, 3931 (2012)】

分子开关可以用于分子电子学中的单分子信息存储器件。同时,分子的手性既在生物系统中发挥着重要的基础作用又具有在非对称催化过程中的应用价值。尽管多种分子开关已经被发掘,但是伴随手性变化的分子开关还从未报导。我们利用扫描隧道显微镜,发现了吸附在铱(111)表面的单分子磁体TbPc2的分子开关特性,并且在不同开关态转换时体现出新奇的分子手性变化。通过向TbPc2分子施加不同的偏压脉冲和探针操纵可以有效地控制分子在左手性态、右手性态以及非手性态之间转换。该工作不仅首次开发了手性分子开关,而且为下一步研究处于不同开关态的单分子磁体的磁性变化打好了基础。

5)近藤共振峰在RKKY交换作用下的劈裂及其自旋分辨测量【Phys. Rev. Lett. 108,087203 (2012)】

当近藤效应与磁性耦合相互作用竞争时,其自旋简并度解除,近藤共振峰会相应地发生劈裂。尽管理论上预言劈裂的近藤共振峰是完全自旋极化的,但是实验上从未得到验证。我们设计了一个近藤系统检验理论预测,在磁性铁纳米岛上面制备出只有三个原子单层厚度的铅薄膜。由于铅薄膜的厚度很小,磁性衬底可以通过铅薄膜中的传导电子与表面吸附的酞菁锰分子发生RKKY交换相互作用,导致分子的近藤峰劈裂;进一步利用自旋极化扫描隧道谱首次直接观测并确定了劈裂近藤峰的自旋取向,并且由此确定出磁交换相互作用的类型。该工作不仅提供了一种通过调控磁性耦合来操纵单自旋的新途径,而且还提供了一种可以在单分子尺度上获取完全自旋极化的电流的方法,并且与现有的技术兼容,具有非常吸引人的应用前景。

6)利用自旋翻转非弹性隧道谱探测分子的充电状态【Phys. Rev. Lett. 103,257202 (2009)】

单电子充电是纳米体系中的一项重要现象。对单个原子和分子的充放电操控可以实现原子尺度的单电子存储,控制分子体系中的电子输运等。由于充电态与磁性直接相关,我们利用扫描隧道显微镜的自旋翻转非弹性隧道谱探测到了分子带电后磁性状态的变化,从而在国际上首次实现了对充电态的直接表征。我们在原子级平整的铅纳米岛表面制备出酞菁钴分子单晶多层膜。在针尖和样品间加偏压的同时,调控针尖的高度使分子的镜像电势发生变化,由此可以调控其带电状态。我们通过自旋翻转非弹性隧道谱探测到了不同层间分子形成的一维反铁磁链磁能级分布的构型发生变化。我们还进一步改变分子链的长度,在不同层厚的分子上测定其带电后磁性能级的重新分布,得到了与Hubbard模型计算非常吻合的结果。

7)利用自旋翻转非弹性隧道谱探测分子的自旋态构型和超交换作用【Phys. Rev. Lett. 101,197208(2008)】

分子磁性材料在自旋电子学和量子信息技术等领域具有重要的应用前景,但由于缺乏对自旋灵敏的实空间成像技术,目前人们对分子磁体中的磁关联作用的研究主要依赖于模型计算。我们将尖端的自旋翻转非弹性隧道谱技术拓展到分子磁性研究领域,在国际上首次直接探测到了分子磁体的自旋态构型和超交换作用的路径。该工作提供了一种探测单原子/分子自旋态、分子磁体自旋态构型和超交换作用的灵敏方法,为研究有机分子的磁性开辟了一个全新的途径。相关成果发表后受到多家网站广泛报道。

8)通过量子尺寸效应操控单分子的近藤效应 【Phys. Rev. Lett. 99, 256601 (2007),selected as cover story】

近藤效应来源于传导电子对局域磁矩的自旋屏蔽,其近藤温度敏感地依赖于金属费米面态密度以及局域磁矩与传导电子交换作用的强度。我们利用分子束外延技术在硅(111)衬底上制备出原子级平整度的金属铅薄膜。通过改变薄膜的厚度,量子能级的分布会相应变化,使得铅的费米面电子态密度随薄膜厚度呈现振荡行为,从而导致了薄膜厚度对吸附在铅薄膜表面的单个酞菁锰磁性分子的近藤效应的调制。该工作通过精确控制纳米结构的尺寸提供了一个技术上可行的调控单分子自旋的有效手段。相关成果后来被评选为中国真空学会优秀论文,被Nature China和NPG Asia Materials作为亮点文章报道,并被收录到两本Springer系列专著中。


论文及其它成果

已发表高质量SCI论文23篇(第一和通讯作者的文章11篇),其中包括第一作者的Nature Physics 1篇,Physical Review Letters 3篇, Nano Letters 1篇和ACS Nano 1篇,第二作者的Physical Review Letters 1篇和Nature Communications 1篇。多次在国际重要学术会议上做特邀报告。当前为ACS Nano、Scientific Reports等国际著名SCI学术期刊的独立审稿人。


荣誉及获奖情况

1)2006年,中科院物理研究所年度优秀研究生。

2)2007年,中科院物理研究所所长奖学金优秀奖。

3)2008年,中国真空学会优秀论文奖。

4)2011年,日本理化学研究所国际特别研究员奖学金。

5)2014年,中央组织部第十批千人计划(青年千人项目)。