成昭华

简介


男,1968年9月生,1996年获中国科学院物理研究所博士学位,1996-1998年作为洪堡学者在德国马普金属所工作,1999-2000年在加拿大Dalhousie 大学物理系工作,2000.8-至今在中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室工作,2001年获国家杰出青年基金,曾任北京凝聚态物理国家实验室(筹)磁学研究部主任, 磁学国家重点实验室主任。现任中国科学院物理研究所研究员、博士生导师,磁性纳米结构与飞秒磁性课题组组长。

主要研究方向


1.磁性纳米结构与飞秒磁性;2. 拓扑磁性材料的自旋输运与超快自旋动力学;3.磁性纳米颗粒自组装可控生长与高频磁性;4.磁性金属氧化物生长与物性;5.磁性材料的磁共振(包括铁磁共振和穆斯堡尔效应)。

过去的主要工作及获得的成果


      从1990年开始,一直从事磁性纳米结构与飞秒磁学、自旋电子学、新型间隙稀土永磁材料、微波磁性和穆斯堡尔谱学等磁学前沿领域的研究。主持国家科技部973项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目和中国科学院重大设备研制项目等多项。在Adv. Mater. Phys. Rev. Lett. Nano. Lett., PNAS, Sci. Report., Phys. Rev.B, Appl. Phys. Lett.等国际主要学术刊物上发表论文300余篇,发表的论文中被他人引用5000余次。国际学术会议特邀报告20余次,申请国家发明专利3项。获2006年第九届中国青年科技奖,2005年北京市科学技术一等奖,1997年中国物理学会叶企孙物理奖、国家教委科技进步二等奖和甘肃省科技进步二等奖。2008-2010任磁学国际专业杂志Journal of Magnetism and Magnetic Materials的编委。目前主要学术兼职包括中国电子学会理事、会士、应用磁学分会主任委员,中国稀土学会稀土永磁专业委员会副主任委员,中国核物理学会穆斯堡尔专业委员会副主任委员,中国物理学会磁学专业委员会秘书长和IEEE Magnetic Society Senior Member等。

代表性论文及专利



  1. X. Yang, X.M. Li, Y. Li, Y. Li, R. Sun, J.N. Liu, X.D. Bai, N. Li, Z.K. Xie, L. Su, Z.Z. Gong, X.Q. Zhang, W. He,* and Z.H. Cheng*, Three-Dimensional Limit of Bulk Rashba Effect in Ferroelectric Semiconductor GeTe, Nano Letters 21,77-83(2021)

  2.  Y. Li, Y. Li, P. Li, B. Fang, X. Yang, Y.Wen, D.X. Zheng, C.H. Zhang,X. He, A. Manchon, Z.H. Cheng*, and X.X. Zhang*, Nonreciprocal charge transport up to room temperature in bulk Rashba semiconductor a-GeTe, Nature Commun. 12,540(2021)

  3. Y. Li, Y. Li, R. Sun, N. Li, Z.Z. Gong, X. Yang, Z.K Xie, H.L Liu, W. He, X.Q Zhang and Z.H. Cheng*, Anomalous Gilbert damping induced by the coexisting static and dynamic coupling in Fe/Pd/Fe trilayers, Phys. Rev. B. 104,094409(2021).

  4. Z.Z. Gong, J. Tang, S.S. Pershoguba, R. Sun, Y. Li, X. Yang, J. N. Liu, W. Zhang, X.Q Zhang W. He, H.F. Du, J.D. Zang*, and Z.H. Cheng*, Current-Induced Dynamics and Tunable Spectra of a Magnetic Chiral Bobber, Phys. Rev. B. 104, L100412(2021).

  5.  R. Sun, S.J. Yang, X. Yang, A. Kumar, Eric Vetter, W.H. Xue, Y. Li, N。 Li, Y。 Li, S.H. Zhang, B.H. Ge, X.Q. Zhang, Wei He, Alexander F. Kemper, D.L. Sun,* and Z.H. Cheng*, Visualizing Tailored Spin Phenomena in a Reduced-Dimensional Topological Superlattice, Adv. Mater. 32,2005315(2020).

  6. Y. Li, S.J. Yang, D. Sun*, Y.B. Sun, Y. Li, E. Vetter, R, Sun , N. Li, X. Yang, L. Su, Z.Z. Gong, Z.K. Xie, J.J. Zhao, W. He, X.Q. Zhang, and Z.H. Cheng*, Large spin to charge conversion in the topological superconductor β-PdBi2 at room temperature, Phys. Rev. B102,014420(2020).

  7. R. Sun, S.J. Yang, X. Yang, E. Vetter, D.L. Sun, N. Li, L. Su, Y. Li, Y. Li, Z.Z. Gong, Z.K. Xie, K.Y. Hou, Q.Gul, W. He, X.Q. Zhang, and Z.H. Cheng*, Large Tunable Spin-to-Charge Conversion Induced by Hybrid Rashba and Dirac Surface States in Topological Insulator Heterostructures, Nano Lett, 19,4420-4426(2019).

  8. J. Tang, Y.J. Ke, W. He, X.Q. Zhang, W. Zhang, N. Li, Y.S. Zhang, Y. Li, and Z.H. Cheng*, Ultrafast photo-induced multimode antiferromagnetic spin dynamics in exchange-coupled Fe/RFeO3 (R=Er or Dy) heterostructures, Adv. Mater. 30, 1706439(2018).

  9. H.X.  Lin, H. Liu, L.F. Lin, S. Dong, H.Y.  Chen, Y. Bai, T. Miao, Y.Yu, W.C. Yu, J. Tang, Y.Y.  Zhu, Y.F. Kou, J.B. Niu, Z.H. Cheng, J. Xiao, W.B. Wang, E. Dagotto, L.F. Yin, and J. Shen, Unexpected Intermediate State Photoinduced in the Metal-Insulator Transition of Submicrometer Phase Separated Manganites, Phys. Rev. Lett. 120,267202(2018).

  10. W. Zhang, Q. Liu, Z. Yuan, K. Xia, W. He, Q.F. Zhan, X.Q. Zhang, and Z.H. Cheng*, Enhancement of ultrafast demagnetization rate and Gilbert damping driven by femtosecond laser-induced spin currents in Fe81Ga19/Ir20Mn80 bilayers, Phys. Rev. B 100,104412 (2019)

  11. X. Zhang, Z. C. Xia* ,Y. J. Ke, X. Q. Zhang, Z. H. Cheng*, Z. W. Ouyang, J. F. Wang, S. Huang, F. Yang, Y. J. Song, G. L. Xiao, H. Deng, and D. Q. Jiang, Magnetic behavior and complete high-field magnetic phase diagram of the orthoferrite ErFeO3, Phys. Rev. B 100, 054418 (2019)

  12. Y Li, Y Li, Q Liu, Z K Xie, E Vetter, Z Yuan, W He, H L Liu, D. L. Sun, K Xia, W Yu, Y.B. Sun, J. J.  Zhao, X Q Zhang, and Z H Cheng*, Isotropic non-local Gilbert damping driven by spin pumping in epitaxial Pd/Fe films on MgO(001) substrates, New J. Phys. 21,103040(2019)

  13. Y. Li, Y. Li, Q. Liu, Z. Yuan, Q.F. Zhan, W. He, H.L. Liu, K. Xia, W. Yu, X.Q. Zhang, Z.H. Cheng*, Tuning Non-Gilbert-type damping in FeGa films on MgO(001) via oblique deposition, New J. Phys. 21,123001 (2019).

  14.  W. Zhang, W. He*, X.Q. Zhang, Z.H. Cheng*, J. Teng, and  M. Fähnle, Unifying ultrafast demagnetization and intrinsic Gilbert damping in Co/Ni bilayers with electronic relaxation near the Fermi surface, Phys. Rev. B, 96,220415(R)2017)

  15. N.N. Song, S.Z. Gu, Jun Zhou, W.X. Xia, P.P. Zhang, Q. Gul, W. Wang, H.T. Yang, Z.H. Cheng, Achieve a High Cutting-off Frequency in the Oriented CoFe2O4 Nanocubes, Appl. Phys. Lett. 111,133108(2017).

  16. N.N. Song, Y.J. Ke, H.T. Yang, H. Zhang, X.Q. Zhang, B.G. Shen, and Z.H. Cheng*, Integrating giant microwave absorption with magnetic refrigeration in one multifunctional intermetallic compound of LaFe11.6Si1.4C0.2H1.7, Sci. Rep. 3, 2291(2013).

  17. N.N. Song, H.T. Yang, H.L. Liu, X. Ren, H.F. Ding, X.Q. Zhang, and Z.H. Cheng, Exceeding natural resonance frequency limit of monodisperse Fe3O4 nanoparticles via superparamagnetic relaxation, Sci. Rep. 3, 3161(2013).

  18. J.L. Jin, X.Q. Zhang, G. K. Li, and Z.H. Cheng*, Rotating field entropy change in hexagonal TmMnO3 single crystal with anisotropic paramagnetic response, Phys. Rev. B, 85,21,426(2012).

  19. X.Y. Xu, K. Seal, X.S. Xu, I. Ivanov, C.H. Hsueh, N. Hatab, L.F. Yin, X.Q. Zhang, Z.H. Cheng, B.H. Gu, Z.Y. Zhang, and J. Shen, High tunability of the SERS response with a metal-multiferroic composite, Nano. Lett. 11,1265(2011).

  20. J.L. Jin, X.Q. Zhang, G.K. Li, and Z.H. Cheng*, L. Zheng, and Y. Lu, Giant anisotropy of magnetocaloric effect in TbMnO3 single crystal, Phys. Rev. B, 83,184431(2011)

  21. D.L. Sun, L.F. Yin, C.J. Sun, H.W. Guo, Z. Gai, X.G. Zhang, T. Z. Ward, Z.H. Cheng, and J. Shen, Giant magnetoresistance in organic spin valves, Phys. Rev. Lett. 104,236602(2010).

  22. L.F. Yin, D. Xiao, Z. Gai, T.Z. Ward, N.Widjaja, G.M. Stocks, Z.H. Cheng, E.W. Plummer, Z.Y. Zhang, J. Shen, Tuning the ferromagnetic coupling of Fe nanodots on Cu(111) via dimensionality variation of the mediating electrons, Phys. Rev. Lett. 104,167202(2010).

  23.  T.Z. Ward, X.G. Zhang, L.F. Yin, X.Q. Zhang, M. Liu, P.C. Snijders, S. Jesse, E.W. Plummer, Z.H. Cheng, E. Dagotto, and J. Shen, Time Resolved Electronic Phase Transitions in Manganites, Phys. Rev. Lett. 102,087201(2009).

  24. R.W. Li, H.B. Wang, X.W. Wang, X.Z. Yu, Y. Matsui, Z.H. Cheng, B.G. Shen,  E.W. Plummer, and J.D. Zhang, Manganite perovskite: small lattice distortion dissimilarity triggers “colossal” anisotropic magnetoresistance, PNAS, 106, 14224(2009).

  25.  B.G. Shen, J.R. Sun, F.X. Hu, H.W. Zhang, and Z.H. Cheng, Recent Progress in Exploring Magnetocaloric Materials, Adv. Mater. 21,4545(2009).



 



 





 



 



 


目前的研究课题及展望


                                   

 磁性纳米结构与飞秒磁性

一、研究方向的科学意义   



      近年来,磁性材料向“更小和更快”的趋势发展。由于低维量子受限体系中电子的量子效应和维度效应,表现出磁性纳米结构和小尺度系统与传统大块材料的磁性、电性和输运性质明显不同,这些新奇的物理性质不仅可能有利于技术应用,同时也对经典物理学提出了挑战。信息存储的不断增长和磁性介质的内禀物理极限要求人们探索磁场控制磁化强度的新手段,利用超短激光脉冲将有望成为操纵和控制磁化强度的一个全新的手段。

     由于自旋-轨道耦合特征时间在fs-ps 量级,利用飞秒激光的泵浦-探测磁光效应技术,可以研究飞秒到皮秒尺度下的超快磁动力学过程。磁晶各向异性等对自旋翻转、自旋进动和自旋弛豫的影响,研究自旋波激发与耦合模。尽管利用泵浦-探测磁光效应技术研究磁性材料已有十多年历史,但超快退磁机制仍不清楚。激光诱导的飞秒磁性开辟了一个磁学研究的新领域,但如何在更小的时间尺度下探测磁性量子点的自旋非一致进动、自旋-晶格、自旋-自旋和自旋-电子驰豫等超快动力学过程等,为研究自旋退相干过程仍有巨大的挑战。

     磁圆二色性是指介质对沿磁场方向传播的一定频率的左圆和右圆偏振光吸收率不同的性质,是在原子水平上研究电子自旋性质的最好方法之一;角分辨光电子谱是研究物质电子结构最直接的研究手段,二者结合有助于人们深入认识磁性、自旋电子学和磁性半导体的费米面附近的电子结构和电子跃迁。磁性纳米结构的角分辨光电子谱的研究尚不多见。



二、主要研究内容和预期目标



(1) 磁性异质结(磁性/重金属、磁性/超导、磁性/拓扑、磁性/二维电子气等)的可控生长

    利用分子束外延人工设计和在纳米尺度下可控生长具有大面积均的合成磁性异质结,包括磁性/重金属、磁性/超导、磁性/拓扑、磁性/二维电子气等。



2磁性异质结的自旋-轨道耦合、自旋手性和电子结构   

      利用深紫外激光磁光与磁圆(线)二色性谱仪(DUV-MCD)与角分辨光电子谱仪(DUV-ARPES)联合系统,研究电子结构和自旋结构,确定自旋-轨道耦合和自旋手性,阐明自旋结构与磁性的内在联系。



3)磁性异质结的超快自旋动力学过程与飞秒磁性   

       采用pump-probe的技术研究飞秒到皮秒尺度下的超快磁动力学过程。系统研究泵浦光激光功率、波长激发以及不同磁各向异性(磁晶各向异性、垂直磁各向异性、形状各向异性、组态各向异性等)对自旋翻转、自旋进动和自旋弛豫的影响,研究自旋波激发与耦合;研究拓扑自旋结构的超快自旋动力学。



(4)磁性纳米颗粒的自组织制备与高频特性

     利用化学自组装方法生长单分散磁性纳米颗粒,研究单分散磁性纳米颗粒及其有序阵列的高频性质,探索提高阻塞共振频率的方法和机制,探索突破磁性高频材料自然共振的理论极限的新原理和新方法。



(5)金属氧化物单晶的各向异性生长与物性研究

     利用四镜光学浮区炉(FZ-T-10000-H-VI-VP)进行单晶生长和物性研究,包括Mn基超大磁电阻氧化物单晶、Fe基和Mn基氧化物多铁性单晶,并开展超大磁电阻效应、电致电阻效应、多铁性、各向异性磁热效应和超快自旋动力学等前沿课题研究。

培养研究生情况


已毕业物理所26名博士生和2名硕士生,其中2名国际学生。联合培养博士1名,硕士5名。已毕业的学生中2名在国外高校任教,2名获得国家优秀青年基金,多人获得国内高校教授、副教授,还有多人在科技公司任高级职称。正在指导博士生7名, 硕博联读生1名。每年拟招生2-3人。

其他联系方式


课题组网页:http://maglab.iphy.ac.cn/groupM04/index.htm

电话:

010-82648083

Email

zhcheng@iphy.ac.cn