导师介绍

钱天

简介：

河南固始人，1980年6月出生。中国科学院物理研究所研究员、博士生导师、EX7组课题组长。2001年和2006年获得中国科学技术大学学士和博士学位，之后在韩国国立釜山大学博士后和日本东北大学JSPS外国人特别研究员，2009年加入中科院物理所任副研究员，2017年晋升为研究员。获得2018年第四届Sir Martin Wood中国物理科学奖、2020年度中国科学院青年科学家奖、2021年国家自然科学奖二等奖（排名第四）、国家自然科学基金委“优青”项目和万人计划“青年拔尖”人才项目资助。

基于角分辨光电子能谱（ARPES）实验技术研究拓扑、超导、关联等量子材料的电子结构。发表论文130多篇，其中Nature/Science及子刊和PRX/PRL 32篇，在Rev. Mod. Phys.、Nat. Rev. Phys.等期刊上撰写综述论文。研究成果入选“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集（唯一来自中国本土的研究工作，共49项，其中34项获诺贝尔奖）、中国科学院改革开放四十年40项标志性重大科技成果、国际物理学年度十大突破、国际物理学年度八大亮点工作、四次入选中国科学十大进展和中国十大科技进展新闻。

课题组网址：http://ex7.iphy.ac.cn

主要研究方向：

拓扑材料电子结构的表征与调控

1）拓扑材料电子结构全面表征：此前我们对拓扑材料电子结构的研究主要依托课题组牵头建设的上海同步辐射光源“梦之线”，同步辐射光源ARPES适合对材料占据态、平衡态电子结构进行大范围测量。随着课题组内多套先进ARPES设备的建成，我们将进一步结合组内的泵浦-探测激光ARPES和极紫外激光ARPES的优势，对拓扑材料的体态和表面态、占据态和未占据态以及平衡态和非平衡态的电子结构开展系统全面的高精度表征，提供非平庸拓扑性质的判定性实验证据，探索更多新奇的拓扑量子态和优异的拓扑材料。

2）实空间和动量空间电子结构联合表征：ARPES和STM是公认的对材料表面电子结构研究最重要的两种实验手段，ARPES测量动量空间布里渊区的电子能带结构，而STM测量实空间局域电子态密度的分布。课题组近期搭建了多套极低温强磁场STM设备，我们将结合ARPES和STM实验测量，更加全面地获取表面电子态的信息。对于拓扑超导体，分别测量拓扑表面态的能带结构和磁通涡旋中的马约拉纳零能模，提供确定的实验证据。将STM与空间分辨ARPES结合，测量一维边缘态的电子能带结构和态密度，探索二维拓扑绝缘体和高阶拓扑绝缘体。

3）原位薄膜生长和电子结构表征：ARPES和STM实验要求在超高真空环境中处理出原子级平整的样品表面，而大多数拓扑材料具有三维的晶体结构，对于单晶材料很难通过超高真空解理的方式获得新鲜平整的表面。联合OMBE、PLD和MBE等多种薄膜生长技术，通过外延生长的方法制备出原子级平整的新鲜表面，再利用互连管道或者转移腔将样品在超高真空环境中传送到ARPES和STM设备中表征其电子结构。

4）原位调控和表征拓扑电子结构：结合压力、磁场、电场、光场、维度等调控手段可以从更多的角度来理解物理机制，还可能诱导出新的物理现象。将外场调控与ARPES和STM实验测量相结合，原位调控和表征拓扑材料的电子结构，为拓扑物性的研究和调控提供参考和指引。1）在面内或单轴方向施加应力，改变材料的晶格常数和晶体对称性，进而调控拓扑能带结构并诱发拓扑相变；2）对机械剥离的二维拓扑材料施加栅极电压，精准改变载流子浓度以及电场驱动能带反转，调控拓扑电子结构以及拓扑物性；3）通过超快脉冲激光驱动拓扑相变，产生在平衡状态下无法达到的亚稳态甚至稳态，发现新奇的拓扑物态并给出对应的电子结构特征；4）在STM实验中外加磁场，通过Zeeman效应产生能带自旋劈裂，或者破缺时间反演对称性，从而诱导磁性拓扑相变。5）机械剥离或外延生长制备不同层数的拓扑材料，表征电子结构随层数的演化，研究维度引起的拓扑相变，如三维磁性外尔半金属到二维量子反常霍尔效应的转变。

过去的主要工作及获得的成果：

1）在TaAs晶体中首次实验证实了外尔半金属【Phys. Rev. X 5, 031013 (2015)、Nat. Phys. 11, 724 (2015)、Phys. Rev. Lett. 115, 217601 (2015)】。该实验验证的工作与理论预言的工作一起入选“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集（唯一来自中国本土的工作，共49项，已有34项获诺贝尔奖）、中科院改革开放四十年40项标志性重大科技成果“拓扑物态领域系列研究”、2015年物理学十大突破、2015年物理学八大亮点工作、2015年中国十大科技进展新闻、2015年中国科学十大进展。【Phys. Rev. X 5, 031013 (2015)】论文被引用2000多次，是PRX自2011年创刊以来引用次数最高的论文。

2）在拓扑半金属方向，实验确认了三重简并费米子【Nature 546, 627 (2017)、Nat. Phys. 14, 349 (2018)】和新型外尔费米子【Nature 567, 496 (2019)、Nat. Commun. 10, 5505 (2019)】。三重简并费米子的工作入选中科院改革开放四十年40项标志性重大科技成果“拓扑物态领域系列研究”、2017年中国十大科技进展新闻、2017年中国科学十大进展、中科院2017年度12项科技创新亮点成果。在拓扑绝缘体方向，还确认了两类新型拓扑晶体绝缘体，滑移面对称性保护的拓扑晶体绝缘体【Sci. Adv. 3, e1602415 (2017)】和旋转对称性保护的拓扑晶体绝缘体【Nat. Commun. 12, 2052 (2021)】。

3）实验确认了多个重要的拓扑材料体系，包括拓扑节线半金属ZrSiS【Sci. Adv. 5, eaau6459 (2019)】、本征磁性拓扑绝缘体EuSn₂As₂和MnBi_2nTe_3n+1【Phys. Rev. X 9, 041039 (2019)】、磁性拓扑半金属EuB₆【Phys. Rev. X 11, 021016 (2021)】、大能隙拓扑绝缘体ZrTe₅【Phys. Rev. X 6, 021017 (2016)】、超大磁阻补偿半金属LaSb【Phys. Rev. Lett. 117, 127204 (2016)】、单质拓扑绝缘体As【Phys. Rev. Lett. 118, 046802 (2017)】、自旋涨落诱导外尔半金属EuCd₂As₂【Sci. Adv. 5, eaaw4718 (2019)】。

代表性论文及专利：

#为（共同）第一作者，*为（共同）通讯作者

22. Discovery of a single-band Mott insulator in a van der Waals flat-band compound
S.-Y. Gao,# S. Zhang,# C.-X. Wang,# S.-H. Yan,# X. Han, X.-C. Ji, W. Tao, J.-T. Liu, T.-T. Wang, S.-K. Yuan, G.-X. Qu, Z.-Y. Chen, Y.-Z. Zhang, J.-R. Huang, M.-J. Pan, S.-Y. Peng, Y. Hu, H. Li, Y.-B. Huang, H. Zhou, S. Meng, L. Yang, Z.-W. Wang, Y.-G. Yao, Z.-G. Chen, M. Shi, H. Ding, H.-X. Yang, K. Jiang, Y.-L. Li, H.-C. Lei,* Y.-G. Shi,* H.-M. Weng,*, and T. Qian*
Physical Review X (to be published)

21. Experimental perspective on three-dimensional topological semimetals (Review article)
B.-Q. Lv,# T. Qian, and H. Ding
Reviews of Modern Physics 93, 025002 (2021)
https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.93.025002

20. Time-reversal symmetry breaking driven topological phase transition in EuB₆
S.-Y. Gao,# S. Xu,# H. Li,# C.-J. Yi,# S.-M. Nie, Z.-C. Rao, H. Wang, Q.-X. Hu, X.-Z. Chen, W.-H. Fan, J.-R. Huang, Y.-B. Huang, N. Pryds, M. Shi, Z.-J. Wang, Y.-G. Shi*, T.-L. Xia*, T. Qian*, and H. Ding
Physical Review X 11, 021016 (2021)
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.021016

19. Discovery of C₂ rotation anomaly in topological crystalline insulator SrPb
W.-H. Fan,# S.-M. Nie,# C.-X. Wang,# B.-B. Fu, C.-J. Yin, S.-Y. Gao, Z.-C. Rao, D.-Y. Yan, J.-Z. Ma, M. Shi, Y.-B. Huang, Y.-G. Shi*, Z.-J. Wang*, T. Qian*, and H. Ding
Nature Communications 12, 2052 (2021)
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22350-6

18. Chiral fermion reversal in chiral crystals
H. Li,# S. Xu,# Z.-C. Rao,# L.-Q. Zhou,# Z.-J. Wang, S.-M. Zhou, S.-J. Tian, S.-Y. Gao, J.-J. Li, Y.-B. Huang, H.-C. Lei, H.-M. Weng, Y.-J. Sun*, T.-L. Xia*, T. Qian*, and H. Ding
Nature Communications 10, 5505 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13435-4

17. Dirac Surface States in Intrinsic Magnetic Topological Insulators EuSn₂As₂ andMnBi₂_nTe₃_n₊₁
H. Li,# S.-Y. Gao,# S.-F. Duan,# Y.-F. Xu,# K.-J. Zhu,# S.-J. Tian,# J.-C. Gao, W.-H. Fan, Z.-C. Rao, J.-R. Huang, J.-J. Li, D.-Y. Yan, Z.-T. Liu, W.-L. Liu, Y.-B. Huang, Y.-L. Li, Y. Liu, G.-B. Zhang, P. Zhang, T. Kondo, S. Shin, H.-C. Lei, Y.-G. Shi, W.-T. Zhang*, H.-M. Weng*, T. Qian*, and H. Ding
Physical Review X 9, 041039 (2019)
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.9.041039

16. Angle-resolved photoemission spectroscopy and its application to topological materials (Review article)
B.-Q. Lv,# T. Qian*, and H. Ding*
Nature Reviews Physics 1, 609 (2019)
https://www.nature.com/articles/s42254-019-0088-5

15. Spin fluctuation induced Weyl semimetal state in the paramagnetic phase of EuCd₂As₂
J.-Z. Ma,# S.-M. Nie,# C.-J. Yi,# J. Jandke, T. Shang, M.-Y. Yao, M. Naamneh, L.-Q. Yan, Y. Sun, A. Chikina, V. N. Strocov, M. Medarde, M. Song, Y.-M. Xiong, G. Xu, W. Wulfhekel, J. Mesot, M. Reticcioli, C. Franchini, C. Mudry, M. Muller, Y.-G. Shi*, T. Qian*, H. Ding, and M. Shi*
Science Advances 5, eaaw4718 (2019)
https://advances.sciencemag.org/content/5/7/eaaw4718

14. Dirac nodal surfaces and nodal lines in ZrSiS
B.-B. Fu,# C.-J. Yin,# T.-T. Zhang,# M. Caputo, J.-Z. Ma, X. Gao, B.-Q. Lv, L.-Y. Kong, Y.-B. Huang, P. Richard, M. Shi, V. N. Strocov, C. Fang, H.-M. Weng*, Y.-G. Shi*, T. Qian*, and H. Ding
Science Advances 5, eaau6459 (2019)
https://advances.sciencemag.org/content/5/5/eaau6459

13. Observation of unconventional chiral fermions with extreme Fermi arc length in CoSi
Z.-C. Rao,# H. Li,# T.-T. Zhang,# S.-J. Tian,# C.-H. Li, B.-B. Fu, C.-Y. Tang, L. Wang, Z.-L. Li, W.-H. Fan, J.-J. Li, Y.-B. Huang, Z.-H. Liu, Y.-W. Long, C. Fang, H.-M. Weng, Y.-G. Shi, H.-C. Lei*, Y.-J. Sun*, T. Qian*, and H. Ding
Nature 567, 496 (2019)
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1031-8

12. Three-component fermions with surface Fermi arcs in tungsten carbide
J.-Z. Ma,# J.-B. He,# Y.-F. Xu,# B.-Q. Lv, D. Chen, W.-L. Zhu, S. Zhang, L.-Y. Kong, X. Gao, L.-Y. Rong, Y.-B. Huang, P. Richard, C.-Y. Xi, E. S. Choi, Y. Shao, Y.-L. Wang, H.-J. Gao, X. Dai, C. Fang, H.-M. Weng, G.-F. Chen*, T. Qian*, and H. Ding*
Nature Physics 14, 349 (2018)
https://www.nature.com/articles/s41567-017-0021-8

11. Observation of three-component fermions in the topological semimetal molybdenum phosphide
B.-Q. Lv,# Z.-L. Feng,# Q.-N. Xu,# X. Gao, J.-Z. Ma, L.-Y. Kong, P. Richard, Y.-B. Huang, V. N. Strocov, C. Fang, H.-M. Weng, Y.-G. Shi*, T. Qian*, and H. Ding*
Nature 546, 627 (2017)
https://www.nature.com/articles/nature22390

10. Experimental evidence of hourglass fermion in the candidate nonsymmorphic topological insulator KHgSb
J.-Z. Ma,# C.-J. Yi,# B.-Q. Lv,# Z.-J. Wang,# S.-M. Nie, L. Wang, L.-Y. Kong, Y.-B. Huang, P. Richard, P. Zhang, K. Yaji, K. Kuroda, S. Shin, H.-M. Weng, B. A. Bernevig, Y.-G. Shi*, T. Qian*, and H. Ding*
Science Advances 3, e1602415 (2017)
https://advances.sciencemag.org/content/3/5/e1602415

9. Topologically entangled Rashba-split Shockley states on the surface of grey arsenic
P. Zhang,# J.-Z. Ma,# Y. Ishida,# L.-X. Zhao,# Q.-N. Xu, B.-Q. Lv, K. Yaji, G.-F. Chen, H.-M. Weng, X. Dai, Z. Fang, X.-Q. Chen, L. Fu, T. Qian*, H. Ding*, and S. Shin*
Physical Review Letters 118, 046802 (2017)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.046802

8. Compensated semimetal LaSb with unsaturated magnetoresistance
L.-K. Zeng,# R. Lou,# D.-S. Wu,# Q.-N. Xu, P.-J. Guo, L.-Y. Kong, Y.-G. Zhong, J.-Z. Ma, B.-B. Fu, P. Richard, P. Wang, G.-T. Liu, L. Lu, Y.-B. Huang, C. Fang, S.-S. Sun, Q. Wang, L. Wang, Y.-G. Shi, H.-M. Weng, H.-C. Lei, K. Liu, S.-C. Wang*, T. Qian*, J.-L. Luo*, and H. Ding
Physical Review Letters 117, 127204 (2016)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.127204

7. Evidence for topological edge states in a large energy gap near the step edges on the surface ZrTe₅
R. Wu,# J.-Z. Ma,# S.-M. Nie,# L.-X. Zhao, X. Huang, J.-X. Yin, B.-B. Fu, P. Richard, G.-F. Chen, Z. Fang, X. Dai, H.-M. Weng*, T. Qian*, H. Ding, and S.-H. Pan*
Physical Review X 6, 021017 (2016)
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.6.021017

6. Observation of Fermi-arc spin texture in TaAs
B.-Q. Lv,# S. Muff,# T. Qian,# Z.-D. Song,# S.-M. Nie, N. Xu, P. Richard, C. E. Matt, N. C. Plumb, L.-X. Zhao, G.-F. Chen, Z. Fang, X. Dai, J. H. Dil, J. Mesot, M. Shi*, H.-M. Weng*, and H. Ding*
Physical Review Letters 115, 217601 (2015)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.217601

5. Observation of Weyl nodes in TaAs
B.-Q. Lv,# N. Xu,# H.-M. Weng,# J.-Z. Ma, P. Richard, X.-C. Huang, L.-X. Zhao, G.-F. Chen, C. E. Matt, F. Bisti, V. N. Strocov, J. Mesot, Z. Fang, X. Dai, T. Qian*, M. Shi*, and H. Ding*
Nature Physics 11, 724 (2015)
https://www.nature.com/articles/nphys3426

4. Experimental discovery of Weyl semimetal TaAs
B.-Q. Lv,# H.-M. Weng,# B.-B. Fu, X.-P. Wang, H. Miao, J. Ma, P. Richard, X.-C. Huang, L.-X. Zhao, G.-F. Chen, Z. Fang, X. Dai, T. Qian*, and H. Ding*
Physical Review X 5, 031013 (2015)
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.5.031013

3. Observation of strong electron pairing on bands without Fermi surfaces in LiFe_1-_xCo_xAs
H. Miao,# T. Qian*, X. Shi, P. Richard, T. K. Kim, M. Hoesch, L.-Y. Xing, X.-C. Wang, C.-Q. Jin, J.-P. Hu, and H. Ding*
Nature Communications 6, 6056 (2015)
https://www.nature.com/articles/ncomms7056

2. Correlation-induced self-doping in the iron-pnictide superconductor Ba₂Ti₂Fe₂As₄O
J.-Z. Ma,# A. van Roekeghem,# P. Richard, Z.-H. Liu, H. Miao, L.-K. Zeng, N. Xu, M. Shi, C. Cao, J.-B. He, G.-F. Chen, Y.-L. Sun, G.-H. Cao, S.-C. Wang, S. Biermann, T. Qian*, and H. Ding*
Physical Review Letters 113, 266407 (2014)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.266407

1. Absence of a holelike Fermi surface for the iron-based K_0.8Fe_1.7Se₂ superconductor revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy
T. Qian,# X.-P. Wang, W.-C. Jin, P. Zhang, P. Richard, G. Xu, X. Dai, Z. Fang, J.-G. Guo, X.-L. Chen, and H. Ding
Physical Review Letters 106, 187001 (2011)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.187001

目前的研究课题及展望：

目前的研究课题集中在基于ARPES实验技术研究拓扑材料的电子结构，通过表征体态和表面态电子结构为候选拓扑材料提供判定性的实验证据，揭示磁性和关联效应对拓扑电子态的影响，利用光场和应力调控拓扑材料的电子态。

随着课题组一批先进的ARPES、STM和薄膜设备以及联合系统的搭建完成，将联合多种实验技术，拓扑方向的研究范围从平衡态扩展到非平衡态、从单晶扩展到薄膜和二维材料、从三维拓扑半金属/绝缘体扩展到拓扑超导体和高阶/二维拓扑绝缘体、从光场和应力调控扩展到栅压调控。

课题组近期正在陆续引进多名ARPES和STM方向的人才，将会极大地拓展课题组的研究方向，包括结合极低温超高分辨ARPES和极低温强磁场STM研究非常规超导机理、结合薄膜生长和ARPES/STM测量研究界面二维电子气和强关联体系绝缘-金属相变机理、结合泵浦-探测技术研究非平衡电子态的超快动力学行为以及光致激发态、结合样品定位STM和空间分辨ARPES研究和调控机械剥离二维材料的电子态、基于薄膜生长技术探索新型非常规超导薄膜材料。

除了前沿科学实验研究，课题组还致力于尖端仪器设备尤其是ARPES设备的建设。将以“光”为核心，在现有基础上进一步提升ARPES设备的性能，包括连续波激光与³He极低温技术结合提高极低温超高分辨ARPES的能量分辨率、泵浦激光从近红外延伸到长波中红外甚至太赫兹波段应用于时间分辨ARPES、激光重复频率重百MHz提升到GHz降低空间电荷效应提高信号强度、激光光斑尺寸聚焦到亚微米量级提高空间分辨能力、深紫外皮秒激光从7eV提升到10.8eV测量范围覆盖大部分材料的第一布里渊区。

培养研究生情况：

已培养博士生9名，目前3人在中科院物理所和国内一流大学取得职位，2人在国内外一流实验室做博士后，4人在华为、比亚迪等公司任职。

课题组丰富的仪器设备资源提供保障，可满足每年3~4名研究生加入。

其他联系方式：

http://ex7.iphy.ac.cn

电话：

010-82649416

Email：

tqian@iphy.ac.cn