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博士生导师

姓名:冯万祥
所在学科:凝聚态物理理论
职称:副教授、博士生导师
联系电话:
E-mail: wxfeng[at]bit.edu.cn
通信地址:北京市海淀区中关村南大街5号 新澳门浦京网址娱乐场-奥门新浦京的网址8814 邮编 100081

个人简历

2009.9 - 2012.6 中国科学院物理研究所   博士

2006.9 - 2009.6 吉林大学超硬材料国家重点实验室   硕士

2002.9 - 2006.6 吉林大学新澳门浦京网址娱乐场   学士

工作经历

2015.8 – 至今  新澳门浦京网址娱乐场-奥门新浦京的网址8814   副教授

2012.7 – 2015.7 新澳门浦京网址娱乐场-奥门新浦京的网址8814   讲师

 

海外研究经历:

2017.5 – 2019.4  德国于利希研究中心   洪堡访问学者

2016.6 – 2016.8 台湾大学物理系   访问学者

2015.3 – 2015.8 台湾大学物理系   访问学者

2011.3 – 2012.3 美国橡树岭国家实验室和田纳西大学   访问研究生

奖励情况

2018年度国家自然科学二等奖“固体材料中贝里相位效应的第一性原理研究”(第三完成人)

科研方向

      主要研究方向是在发展第一性原理计算方法和程序的基础上,探索各种新奇“拓扑”材料及其相关物性。具体的研究对象包括拓扑绝缘体、拓扑半金属、手性反铁磁、二维自旋轨道耦合材料等,关注的物性有反常/自旋霍尔效应、反常/自旋能斯特效应、反常热霍尔效应、轨道霍尔效应、轨道能斯特效应、线性和非线性磁光效应等。

 

主持和参与的科研项目:
1. 国家自然科学基金面上项目“自旋非共线反铁磁中新奇磁光效应及其多场调控研究”(2019–2022),负责人
2. 国家自然科学基金面上项目“拓扑绝缘体新材料以及表面物性的第一性原理研究”(2014–2017),负责人
3. 教育部博士点新教师项目“Bi2Te3/BiTeI超晶格体系中拓扑表面态和巨Rashba自旋劈裂的第一性原理研究”(2014–2016),负责人
4. 奥门新浦京优秀青年教师资助计划(2013–2014),负责人
5. 科技部973子课题“低维体系中狄拉克费米子和新奇玻色子量子态的多场调控”(2014–2018),参与

学术贡献

      一、拓扑绝缘体研究

      1. 国际上首次开发了普适计算Z2拓扑不变量的第一性原理程序
      在第一性原理全势线性缀加平面波框架下实现了对Z2拓扑不变量的普适计算[Comp. Phys. Comm. 183, 1849 (2012)],即不需要考虑任何特殊的晶体对称性(包括空间反演对称性),只要给定材料的晶体结构和原子位置等参数就可以鉴别其电子结构的拓扑性质。利用这套程序,成功地预言了一系列三维Z2拓扑绝缘体(half-Heusler、黄铜矿、InSb)和二维Z2拓扑绝缘体(硅烯、锗烯、Bi4Br4)。

      2. 三维Z2拓扑绝缘体【理论预言已被实验证实】
      理论上预言half-Heusler [PRB 82, 235121 (2010); PRL 105, 096404 (2010)]和黄铜矿[PRL 106, 016402 (2011)]两类化合物中存在大量三维Z2拓扑绝缘体。该系列工作发表以后立即引起同行的重视,这3篇文章已被他引400余次(Web of Science
,部分材料已被美国马里兰大学、波兰科学院、中科院物理所、上海科技大学等研究组的实验证实,美国科学院院士张首晟教授也在他的Rep. Prog. Phys.综述文章中大篇幅引用了我们的工作。

      3. 二维Z2拓扑绝缘体
      与合作者一起在国际上首次提出类石墨烯体系的硅烯和锗烯是二维Z2拓扑绝缘体[PRL 107, 076802 (2011)]。这项工作具有很高的国际影响力,引发了理论和实验上研究硅烯、锗烯、锡烯的热潮,文中提出的理论模型被有关文献命名为Liu-Yao-Feng-Ezawa(LYFE)模型,Feng为冯万祥。

 

      二、磁光效应研究

      磁光效应是凝聚态物理学中一种非常古老的物理现象,其反映了光与磁之间最基本的相互作用。最早被发现、也是最具代表性的两种磁光效应是Faraday效应(1846)和Kerr效应(1877)。从那时起到现在,对磁光效应的研究已经有一个半世纪之久。然而,在这个相当古老的研究领域,本人取得了两项颠覆传统认识的工作。

      1. 国际上首次指出反铁磁中可以存在磁光Kerr效应理论预言已被实验证实】
      过去,人们经验上发现Faraday旋转角和Kerr旋转角通常正比于磁性物质本身净磁化强度的大小,因而磁光效应只可能出现在净磁化强度非零的铁磁或亚铁磁中,而不可能出现在净磁化强度为零的反铁磁中。这其实是一种物理直觉上的误区。通过对称性分析和第一性原理计算,本人在国际上首次指出非共线反铁磁中可以存在磁光Kerr效应[PRB 92, 144426 (2015)]。这篇文章引发了国内外同行的关注,目前被他引20余次(Web of Science
,该理论预言已经被日本东京大学和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的实验证实。

      2. 国际上首次发现手性反铁磁中的拓扑磁光效应及其量子化
      过去,人们除了认为
磁光效应只能在铁磁、亚铁磁中出现,还认为磁光效应的物理起源是——自旋轨道耦合效应和能带交换劈裂,二者缺一不可。这样的论述可以在很多学术专著、综述论文和研究论文中找到,这几乎是所有人之前已经达成的共识。本人在国际上首次发现了非共面反铁磁中起源于“标量自旋手性”的拓扑磁光效应,其既不需要自旋轨道耦合,也不需要能带交换劈裂,因而完全不同于普通的磁光效应;并且,拓扑磁光效应在低频极限下还可以实现量子化,即量子拓扑磁光效应。这项工作发表在Nat. Commun. 11, 118 (2020)。当前的实验条件完全可以实现对拓扑和量子拓扑磁光效应的测量,期待不久后也可以被实验证实。

 

       三、电荷和自旋的横向输运性质研究

      1. 计算方法和程序的开发
      在国际上较早地开发了基于Wannier函数计算内禀自旋霍尔电导率的第一性原理程序[PRB 86, 165108 (2012)]。基于Wannier函数,也已经实现了对反常/自旋能斯特效应、反常热霍尔效应的内禀机制的计算。正在进行(部分完成)对自旋霍尔效应、反常/自旋能斯特效应、反常热霍尔效应的外在机制的计算程序开发。

      2. MoS2等二维材料的自旋霍尔效应【理论预言已被实验证实】
      首次构造了MoS2等二维材料的Wannier函数哈密顿量,定量计算了自旋霍尔电导率[PRB 86, 165108 (2012)]。这篇文章引发了广泛关注,已被他引120余次
(Web of Science
。文中的Wannier函数哈密顿量和自旋霍尔电导率数据被其他理论同行直接使用;更重要的是,文中关于贝里曲率以及自旋霍尔电导率的计算结果已经被美国斯坦福大学、美国普渡大学、西班牙巴斯克研究中心、韩国延世大学等多个研究组的实验证实。

      3. 手性反铁磁的反常霍尔效应、反常能斯特效应
      指导自己的博士生研究了非共线反铁磁Mn3XN (X=Ga, Zn, Ag, Ni)中自旋序依赖的反常霍尔效应[PRB 99, 104428 (2019)]和反常能斯特效应[PR Mater. 4, 024408 (2020)]。Mn3NiN的反常能斯特电导率为1.8 A·K-1m-1,是目前已知所有磁性材料中反常能斯特电导率第三大的材料(仅次于两个铁磁材料、反铁磁中最大)
由此提出了反铁磁自旋卡诺电子学器件的概念,设计了非共线反铁磁热电堆结构。此外,与美国麻省理工大学的实验工作者合作,发现反铁磁GdPtBi中存在巨大的反常霍尔效应,提供了相关的理论解释[Nat. Phys. 12, 1119 (2016)]。

论文发表情况

      截至2020年3月,已发表SCI论文38篇,包括1篇Nat. Commun.(一作)、1篇Nat. Phys.(与实验合作的理论一作)、5篇Phys. Rev. Lett.(1篇一作)、10篇Phys. Rev. B/Mater.(4篇一作,3篇通讯)、1篇Comp. Phys. Comm.(一作)、1篇New J. Phys.(通讯)、2篇2D Mater.(1篇一作,1篇通讯)、2篇邀请综述论文(均为一作)。这些文章共被SCI引用5000余次(Web of Science,第一作者文章有3篇被引用超过100次,h-index为19。值得一提的是,有三项研究工作已得到实验证实,分别为:half-Heusler拓扑绝缘体[PRB 82, 235121 (2010); PRL 105, 096404 (2010)];反铁磁中可存在磁光Kerr效应[PRB 92, 144426 (2015)];MoS2和WSe2的自旋霍尔电导率[PRB 86, 165108 (2012)]。

      10篇代表性论文:

    (全部论文及被引用情况请见 http://www.researcherid.com/rid/P-7000-2014

    【1】Wanxiang Feng, Jan-Philipp Hanke, Xiaodong Zhou, Guang-Yu Guo, Stefan Blügel, Yuriy Mokrousov, & Yugui Yao*, “Topological magneto-optical effects and their quantization in noncoplanar antiferromagnets”, Nat. Commun. 11, 118 (2020).

    【2】Xiaodong Zhou, Jan-Philipp Hanke, Wanxiang Feng*, Stefan Blügel, Yuriy Mokrousov, & Yugui Yao, “Giant anomalous Nernst effect in noncollinear antiferromagnetic Mn-based antiperovskite nitrides”, Phys. Rev. Mater. 4, 024408 (2020).

    【3】Xiaodong Zhou, Jan-Philipp Hanke, Wanxiang Feng*, Fei Li, Guang-Yu Guo, Yugui Yao, Stefan Blügel, & Yuriy Mokrousov, “Spin-order dependent anomalous Hall effect and magneto-optical effect in the noncollinear antiferromagnets Mn3XN with X = Ga, Zn, Ag, or Ni”, Phys. Rev. B 99, 104428 (2019).【SCI被引用6次】

    【4】T. Suzuki, R. Chisnell, A. Devarakonda, Y.-T. Liu, W. Feng, D. Xiao, J. W. Lynn, & J. G. Checkelsky, “Large anomalous Hall effect in a half-Heusler antiferromagnet”, Nat. Phys. 12, 1119 (2016).【SCI被引用70次】

    【5】Wanxiang Feng, Guang-Yu Guo*, Jian Zhou, Yugui Yao, & Qian Niu, “Large magneto-optical Kerr effect in noncollinear antiferromagnets Mn3X (X = Rh, Ir, Pt)”, Phys. Rev. B 92, 144426 (2015).【SCI被引用32次】【理论预言已被实验证实】

    【6】Wanxiang Feng, Yugui Yao*, Wenguang Zhu, Jinjian Zhou, Wang Yao, & Di Xiao*, “Intrinsic spin Hall effect in monolayers of group-VI dichalcogenides: A first- principles study”, Phys. Rev. B 86, 165108 (2012).【SCI被引用129次】【理论预言已被实验证实】

    【7】Wanxiang Feng, Jun Wen, Jinjian Zhou, Di Xiao, & Yugui Yao*, “First-principles calculation of Z2 topological invariants within the FP-LAPW formalism”, Comp. Phys. Comm. 183, 1849 (2012).【SCI被引用31次】

    【8】Wanxiang Feng, Di Xiao*, Jun Ding, & Yugui Yao*, “Three-dimensional topological insulators in I-III-VI2 and II-IV-V2 chalcopyrite semiconductors”, Phys. Rev. Lett. 106, 016402 (2011).【SCI被引用103次】

    【9】Wanxiang Feng, Di Xiao, Ying Zhang, & Yugui Yao, “Half-Heusler topological insulators: A first-principles study with the Tran-Blaha modified Becke-Johnson density functional”, Phys. Rev. B 82, 235121 (2010).【SCI被引用118次】【理论预言已被实验证实】

    【10】Di Xiao, Yugui Yao, Wanxiang Feng, Jun Wen, Wenguang Zhu, Xing-Qiu Chen, G. Malcolm Stocks, & Zhenyu Zhang, “Half-Heusler compounds as a new class of three-dimensional topological insulators”, Phys. Rev. Lett. 105, 096404 (2010).【SCI被引用234次】【理论预言已被实验证实】

教学经历

1. 多次主讲本科生课程《大学物理》、研究生课程《超大规模计算物理与材料模拟》。
2. 指导过两名硕士研究生,均获得了研究生国家奖学金和奥门新浦京优秀硕士毕业生,其中一人还获得了北京市优秀毕业生,另一人获得了工信创新创业奖学金。
3. 现指导两名博士研究生,其中一人已获得2019年CASC奖学金、2019年奥门新浦京研究生创新基金重点项目一项、2019年度全国研究生数学建模大赛三等奖。
4. 现任特立书院本科生班主任。