程智刚

简介:

2017年9月,中国科学院物理研究所,特聘研究员
2013年12月至2017年8月,University of Alberta, Canada, 博士后
2013年5月至2013年11月,Pennsylvania State University, US, 博士后
2006年8月至2013年5月,Pennsylvania State University, US, 博士
2002年9月至2006年6月,武汉大学,本科

主要研究方向:

极低温实验物理、固态量子信息与计算、量子液体与量子固体

过去的主要工作及获得的成果:

    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。

代表性论文及专利:

[1]  Z. G. Cheng and J. Beamish “Defect motion in a quantum solid with spin : hcp 3He” Phys. Rev. B, 95, 180103(R) (2017)
[2]  Z. G. Cheng and J. Beamish “Compression-driven mass flow in bulk solid 4He” Phys. Rev. Lett., 117, 025301 (2016) (selected as Editor’s Suggestion).
[3]  Z. G. Cheng*, F. Souris, and J. Beamish “Shear modulus and dislocations in bcc solid 3He” J. Low Temp. Phys., 183, 99 (2016).
[4]  Z. G. Cheng*, J. Beamish, A. D. Fefferman, F. Souris, S. Balibar, and V. Dauvois “Helium mass flow through a solid-superfluid-solid junction” Phys. Rev. Lett., 114, 165301 (2015).
[5]  Z. G. Cheng, N. Mulders, and M. H. W. Chan* “Heat capacity of solid 4He and 3He-4He mixture grown in aerogel” Phys. Rev. B, 90, 224101 (2014).
[6]  Z. G. Cheng and M. H. W. Chan* “Threefold reduction in thermal conductivity of Vycor glass due to adsorption of liquid 4He” New J. Phys., 15, 063030 (2013).
[7]  J. T. West, X. Lin, Z. G. Cheng, and M. H. W. Chan “Supersolid behavior in confined geometry” Phys. Rev. Lett., 102, 185302 (2009).
[8]  X. Lin, A. C. Clark, Z. G. Cheng, and M. H. W. Chan “Heat capacity peak in solid 4He: Effects of disorder and 3He impurities” Phys. Rev. Lett., 102, 125302 (2009). 

目前的研究课题及展望:

    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。量子计算的研究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、等独特优势的方向。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、外尔半金属,基于强自旋轨道耦合的一维纳米线、二维量子阱材料等。我们研究这些材料在极低温下的物理性质,寻找实现拓扑量子计算所需的拓扑超导态和Majorana费米子态,进而实现对量子比特操作,为最终实现拓扑量子计算打下基础。   
   量子液体和固体是仅有的在宏观尺度具有明显量子特性的体系,包括玻色系统的4He和费米系统的3He。著名的超流态在这两种量子液体中分别通过BEC和BCS方式均得以实现。量子液体本身具有非常丰富的物理现象,并且可以拓展延伸到众多其他物理系统中。我们研究量子液体本身的物理性质,并且通过微纳加工及极低温技术,将量子液体与微纳米机械系统、纯电子系统相结合,可以实现量子态在不同体系中高效率的转换,开发这种混合系统在量子计算、精密测量等领域的潜在应用价值。 

培养研究生情况:

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。
 

其他联系方式:

电话:(010) 8264 9850
Email: zgcheng@iphy.ac.cn

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