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、拓扑量子材料、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探索,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. 开发压电陶瓷位移产生装置在极低温下研究量子固体的弹性和塑性形变性质,发现位错线的雪崩效应和与之相关的声学激发效应,并研究固体氦中同位素杂质与位错线之间的相互作用。
  3. 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。
  4. 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. S. Xu, Y. Zou, J. Sun, Z. Liu, X. Yu, J. Gouchi, Y. Uwatoko, Z. G. Cheng*, B. Wang*, J. Cheng*, “Physical properties and pressure-induced superconductivity in the single-crystalline band insulator SnO”, Phys. Rev. B 101, 104501 (2020) 
  2. Z. G. Cheng* and J. Beamish* “Mass flow through solid 3He in the bcc phase”, Phys. Rev. Lett. 121, 225304 (2018)
  3. Z. G. Cheng* and J. Beamish* “Plastic deformation in a quantum solid: Dislocation avalanches and creep in helium”, Phys. Rev. Lett. 121, 055301 (2018)(selected as Editor’s Suggestion).
  4. Z. G. Cheng and J. Beamish “Defect motion in a quantum solid with spin : hcp 3He” Phys. Rev. B 95, 180103(R) (2017)
  5. 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).
  6. Z. G. Cheng*, F. Souris, and J. Beamish “Shear modulus and dislocations in bcc solid 3He” J. Low Temp. Phys. 183, 99 (2016).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. J. T. West, X. Lin, Z. G. Cheng, and M. H. W. Chan “Supersolid behavior in confined geometry” Phys. Rev. Lett. 102, 185302 (2009).
  11. 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


一、拓扑量子材料在极低温下的电输运及热力学性质研究:
      我们通过研究一些能带具有拓扑性质的材料在极低温下的电输运、热输运和热力学性质,判断材料的能带结构,并构造量子器件,实现量子计算所需的一些基本操作。具体研究体系包括:1. 薄膜材料中的电输运性质:超导电性、拓扑能带结构等;2. 量子材料的极低温热输运性质;3. 量子材料的极低温比热测量。 

二、量子液体与量子固体研究(氦物理):
      我们关注量子液体与量子固体中一系列奇特的量子现象,包括量子固体中的超流态,量子固体中的缺陷运动,超流液氦表面的电子态等。

现有条件:

  • 极低温强磁场测量系统: 无液氦稀释制冷机(最低温8mK,最高磁场14T),低通滤波线路(-100dB@800MHz)
  • 微纳器件加工设备:电子束曝光刻蚀,电子束镀膜,热蒸发镀膜,样品转移装置等

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,欢迎有志于从事极低温量子材料以及氦物理实验的同学与我联系。
 

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