拓扑超导、拓扑量子计算、极低温实验物理

 

每年拟招收硕博连读研究生或博士生1～2名，欢迎博士后学者加入研究组。

070205-凝聚态物理

固态量子信息与计算，量子固体与液体

2006-08--2013-05   Pennsylvania State University   Ph. D.
2002-09--2006-06   武汉大学   学士

 

2017-09至今，中国科学院物理研究所，特聘研究员

2013-12~2017-08, University of Alberta, 博士后
2013-05~2013-11, Pennsylvania State University, 博士后

 

   

（1） Defect motion in a quantum solid with spin : hcp 3He, Phys. Rev. B, 2017, 第 1 作者
（2） Compression-driven mass flow in bulk solid 4He, Phys. Rev. Lett., 2016, 第 1 作者
（3） Shear modulus and dislocations in bcc solid 3He, J. Low Temp. Phys., 2016, 第 1 作者
（4） Helium mass flow through a solid-superfluid-solid junction, Phys. Rev. Lett., 2015, 第 1 作者
（5） Heat capacity of solid 4He and 3He-4He mixture grown in aerogel, Phys. Rev. B, 2014, 第 1 作者
（6） Threefold reduction in thermal conductivity of Vycor glass due to adsorption of liquid 4He, New J. Phys., 2013, 第 1 作者

   

（ 1 ） 中国科学院物理研究所****I类, 主持, 市地级, 2017-09--2020-08

（1）Metallurgy of a quantum solids: Plastic deformation of hcp 4He   Zhigang Cheng   2017-09-10
（2）Exploring the nature of mass transport in quantum solids   Zhigang Cheng   2017-08-21
（3）Probing the 3He distribution in coexisting liquid and solid 4He   Zhigang Cheng   2017-03-14
（4）Defect motion in quantum solids with spins   Zhigang Cheng   2016-08-12
（5）Compression-driven mass flow in solid 4He   Zhigang Cheng   2016-03-16
（6）Helium mass flow through a solid-liquid-solid junction   Zhigang Cheng   2015-03-05

 

    氦原子是最轻的单原子分子，零点动能大，原子之间的范徳瓦尔斯相互作用又非常弱，使得其液体和固体在低温下呈现出独特的量子特性，被称作“量子液体和固体”（Quantum Fluids and Solids - QFS）。QFS一直是凝聚态和低温物理的核心研究领域，诺贝尔物理学奖曾经先后六次颁发给该领域的相关工作。

    本人过去主要利用稀释制冷技术从事极低温条件下量子液体与量子固体奇异物理性质的实验研究，主要包括对固体中超流态、缺陷运动以及热力学性质的研究。

    1.在理论提出近60年后首次得到量子固体中可能存在超流现象的实验证据，并对其发生的机理做了系统性的研究和论述，在低温物理学界引发了对超固体新一轮的探索。

    2.通过精确测量量子固体在微纳米级囚禁中的比热，首次得到了缺陷和杂质在量子固体中运动的热力学证据。

    3.通过热输运测量首次发现极低温条件下量子液体与无定形材料双能级系统之间的相互作用，以及由此引发的热导率反常下降。

 

 

信息领域目前已发展到量子时代， 将给人类社会带来深远影响。量子计算机的开发正在多个系统中进行。其中基于拓扑量子材料的拓扑量子计算是具有非局域化、不受局部微扰影响、高容错率等独特优势的体系。现阶段，可能用于拓扑量子计算的量子材料包括包括二维、三维拓扑绝缘体、基于强自旋轨道耦合的一维纳米线、二维量子阱材料等。

我们一些能带具有拓扑性质的材料在极低温下的电输运行为，由此判断材料的能带结构，进而构造拓扑超导体，寻找满足非阿贝尔统计的马约拉纳准粒子态，从而为实现量子计算提供技术支持。具体研究方向包括：
1.界面超导的配对机制研究；
2.复杂氧化物薄膜的拓扑性质研究；
3.“超导-拓扑绝缘体”复合器件中的拓扑超导态及马约拉纳准粒子态。。