许杨

简介


2011年本科毕业于中国科学技术大学,2018年取得美国普渡大学(Purdue University)物理学博士学位,2018年6月至2020年11月在美国康奈尔大学(Cornell University)从事博士后研究。2020年12月加入中科院物理研究所,任特聘研究员,博士生导师。


主要研究方向


拓扑量子材料的电学输运性质;二维转角moiré超晶格结构中的强关联效应; 光学方法(如反射谱、荧光、磁光、拉曼等等)探测低维材料光学性质及相变;低温强磁场等极端条件下的物理性质。

过去的主要工作及获得的成果


研究工作多次发表在国际知名杂志期刊,其中包括Nature(2篇),Nature Materials(3篇),Nature Physics,Nature Communications(2篇),Physical Review Letters(2篇),Science Advances等等。相关成果多次被ScienceDaily、PhysicsToday等新闻媒体报道。



占主要贡献的代表性工作有:



在拓扑材料的量子输运方面:




  • 首次实现体态几乎完全绝缘的三维拓扑绝缘体(基于BiSbTeSe2)样品器件,并证实其表面态占优的导电特性可以持续到室温的条件下。这就为量子拓扑器件的应用打下了重要的基础。同时首次在三维拓扑绝缘体中观测到由表面态产生的“半整数”量子霍尔效应,从输运的角度证实了其表面态狄拉克锥的能带结构。具体内容参见Nature Physics 10, 956 (2014)

  • 实现对三维拓扑绝缘体薄膜样品两个表面态的独立调控;并在较薄样品观测到两个表面态的耦合作用,和在平行场下巨大的负磁阻效应。详细内容参见Nature Communications 7, 11434 (2016)和 PRL 123, 207701 (2019)



在moiré超晶格系统及光学测量方面:




  • 通过二维单层TMD材料中激子对周围电介质介电屏蔽敏感的特性,设计了一种用光学探测二维材料(如graphene或moiré超晶格体系等等)由态密度改变引起的介电常数变化的方法:“激子探测”。具体内容参见在Nature 587, 214 (2020)Nature Materials 20, 645 (2021)。

  • 观测到WSe2/WS2 moiré超晶格系统中丰富的在分数填充(1/4,1/2,1/3,2/5等等)的强关联绝缘态,并提出对应的电子晶体排布结构,指出1/2和2/5等态自发性地破坏了晶格的旋转对称性,属于新型条状物态(stripe phase)。同时指出这些分数填充态有关于1/2态的对称性(如1/4与3/4,2/5与3/5等等)以及对称性被破坏的机理。相关文章发表在Nature 587, 214 (2020)

  • 首次构建转角双层二维铁磁材料系统(基于CrI3),实现非共线性磁性基态。详细内容见arXiv预发表文章


代表性论文及专利


(*通讯作者,#共同一作)




  1. Yang Xu, Connor Horn, Jiacheng Zhu, Yanhao Tang, Liguo Ma, Lizhong Li, Song Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James C. Hone, Jie Shan*, and Kin Fai Mak*, "Creation of moiré bands in a monolayer semiconductor by spatially periodic dielectric screening." Nature Materials 20, 645–649 (2021).

  2. Yang Xu, Ariana Ray, Yu-Tsun Shao, Shengwei Jiang, Daniel Weber, Joshua E. Goldberger, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David A. Muller, Kin Fai Mak*, Jie Shan*, "Emergence of a noncollinear magnetic state in twisted bilayer CrI3." arXiv:2103.09850 (2021).

  3. Chenhao Jin*, Zui Tao, Tingxin Li, Yang Xu, Yanhao Tang, Jiacheng Zhu, Song Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James C. Hone, Liang Fu*, Jie Shan*, Kin Fai Mak*, "Stripe phases in WSe2/WS2 moiré superlattices." Nature Materials in press (2021).

  4. Yang Xu*, Song Liu, Daniel A Rhodes, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Veit Elser*, Kin Fai Mak*, and Jie Shan*, "Correlated insulating states at fractional fillings of moiré superlattices." Nature 587, 214–218 (2020).

  5. Yanhao Tang, Lizhong Li, Tingxin Li, Yang Xu, Jie Shan*, and Kin Fai Mak*, "Simulation of Hubbard model physics in WSe2/WS2 moiré superlattices." Nature 579, 353-358 (2020).

  6. Yang Xu, Guodong Jiang, Ireneusz Miotkowski, Rudro R. Biswas, and Yong P. Chen*, "Tuning insulator-semimetal transitions in thin 3D topological insulators by hybridization and in-plane magnetic fields." Physical Review Letters 123, 207701 (2019).

  7. Tingxin Li, Shengwei Jiang, Nikhil Sivadas, Zefang Wang, Yang Xu, Daniel Weber, Joshua E. Goldberger, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Craig J. Fennie, Kin Fai Mak*, and Jie Shan*, "Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI3." Nature Materials 18, 1303-1308 (2019).

  8. Ting-Fung Chung#, Yang Xu#, and Yong P. Chen*, "Transport Measurements in Twisted Bilayer Graphene: Studies of Electron-Phonon Coupling and Landau Level Crossing." Physical Review B 98, 035425 (2018).

  9. Yang Xu, Ireneusz Miotkowski, and Yong P. Chen*, "Quantum transport of two- species Dirac fermions in dual-gated three-dimensional topological insulators." Nature Communications 7, 11434 (2016).

  10. Yang Xu, Ireneusz Miotkowski, Chang Liu, Jifa Tian, Hyoungdo Nam, Nasser Alidoust, Jiuning Hu, Chih-Kang Shih, M Zahid Hasan, and Yong P Chen*, "Observation of topological surface state quantum Hall effect in an intrinsic three- dimensional topological insulator." Nature Physics 10, 956-963 (2014).

  11. Hui Zhang, Jin-Ho Choi, Yang Xu, Xiuxia Wang, Xiaofang Zhai, Bing Wang, Changgan Zeng*, Jun-Hyung Cho*, Zhenyu Zhang, and JianGuo Hou, "Atomic structure, energetics, and dynamics of topological solitons in indium chains on Si (111) surfaces." Physical Review Letters 106, 026801 (2011).


目前的研究课题及展望


1. 在低维纳米器件制备方面:


  • 用机械剥离的方法得到二维材料纳米级别厚度甚至单个原子层的薄片。

  • 利用二维材料的范德瓦尔斯相互作用力,通过干式转移的方法,将二维材料薄片逐层捡起。最终样品(如graphene, CrI3)置于两层氮化硼(hBN)中间,得到复合的“三明治”结构,保持样品的高迁移率以及避免在空气中暴露而氧化。

  • 得到moiré超晶格结构,如转角石墨烯(如Fig.1),WS2/WSe2异质结等等。




Fig.1: Tear-and-stack" method for fabricating twisted bilayer graphene.


2. Moiré超晶格体系中通过改变电子或空穴掺杂时形成的丰富的物态,如电子晶体(Fig.2)、拓扑物态、超导、磁性(铁磁、反铁磁、轨道磁性等)等等:

moiré superlattice at 1/2 and 1/3 fillings

Fig.2: Electrons trapped by moiré potential and form generalized Wigner crystal states in a moiré superlattice at 1/2 and 1/3 fillings. The filling factor can be easily tuned by a gate voltage!


3. 拓扑量子材料的输运特性:


  • 三维拓扑绝缘体与磁性材料、超导体的耦合效应。

  • 新型拓扑材料如狄拉克或外尔半金属的输运性质。

  • 量子材料中的贝利曲率(Berry curvature)效应。




Fig.3: 3D topological insulator BiSbTeSe2 (BSTS) Hall Bar device and "half-integer" topological surface state quantum Hall effect.

培养研究生情况


每年拟招收研究生1-2人,欢迎对拓扑量子材料和转角莫尔超晶格体系有兴趣的学生报考。

拟招收博士后两人。


其他联系方式


电话:010-82648119



Google Scholar

 


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yang.xu@iphy.ac.cn