简介：

奖项/人才项目：第五届马丁·伍德爵士中国物理科学奖（2021）、北京大学王选青年学者奖（2017）、中组部人才计划（2020、2012）、基金委优秀青年基金（2015）、德国洪堡学者（2010）。

主要研究方向：

擅长综合运用多种散射实验方法，包括中子和光子（拉曼，X射线）散射谱学，来研究具有电子强关联和新奇元激发特性的量子材料。同时，研究团队针对重要的材料体系发展高质量单晶的先进合成工艺，用以支撑谱学实验以及各种合作研究的开展。目前最感兴趣的研究方向包括高温超导机理、自旋阻挫体系中的量子磁性、磁性拓扑材料、以及过渡金属化合物中的自旋-轨道物理。

过去的主要工作及获得的成果：

近年来的代表性成果可大致分为三个方面：高温超导、拓扑能带和量子磁性。

在高温超导研究方面，我们研究团队基于精确且可靠的谱学测量，为铜氧化物和铁基材料的超导机理提供了关键实验依据。多年来，我们不断提升双层气压封装下的助溶剂法，可以合成常压下超导临界温度最高达134 K的汞系铜氧化物家族单晶样品。基于这些单晶，研究团队在光子散射实验中发现了反铁磁超交换相互作用能量与超导温度之间存在近乎成正比的定量关系，相关成果发表后迅速引起了国际同行的广泛关注。此外，我们通过深入的中子散射实验，首次揭示了铁基超导材料中巡游电子及其自旋-轨道耦合效应对材料磁性和超导特性的影响，这一系列成果改变了该领域长期以来的一些观点，成为后续研究的重要参考。

在拓扑能带研究方面，我们利用中子散射技术取得了一系列开创性的成果，在国际上具有先驱地位。我们首次在自旋波能带中发现了新型的狄拉克点，准确测量了拓扑自旋波和声子波函数的特性，并帮助推动了相关的理论计算工作。这些成果不仅促进了拓扑能带概念从费米子向玻色子体系的推广，而且在磁学和自旋电子学等领域产生了深远的影响。在一项发表于2023年的工作中，我们在晶体材料中研究了被称为“磁性分子轨道”的新型拓扑磁性电子态，这一研究有望为理解许多重要磁性材料带来新的思路和突破。通过结合中子散射实验和第一性原理计算，我们为磁性分子轨道的存在提供了全面而确凿的证据。

在量子磁性研究方面，我们研究团队自2019年起对六角蜂窝晶格的钴氧化物进行了深入研究，并在国际上产生了显著影响。这些钴氧化物以其独特的强自旋-轨道耦合和磁阻挫效应著称，被认为有望实现量子自旋液体等新奇物态。运用自主制备的高质量单晶和先进的散射实验技术，我们首次发现了一种新型的“多波矢”磁序，并在该磁序状态下首次完成了自旋激发的全谱测定。我们还在专门制备的单畴晶体中首次观察到了巨大的磁各向异性现象和多种磁有序态的激烈竞争。这些开创性的发现不仅颠覆了以往研究中对相关磁有序态的认知，而且为理论模型的发展提供了重要的实验支持，吸引了众多国际知名专家的关注，并被广泛引用。

在高温超导、拓扑能带和量子磁性之外，我们在电荷密度波序、电子向列序和轨道序等关联物态的机理研究中也取得了一些有价值的进展。

代表性论文及专利：

拓扑磁性材料与拓扑能带

Science Advances 9, eadd5239 (2023). "Magnetic molecular orbitals in MnSi"

Nature Physics 14, 1011 (2018). "Topological spin excitations in a three-dimensional antiferromagnet"

Physical Review Letters 119, 247202 (2017). "Dirac and nodal line magnons in three-dimensional antiferromagnets" (collaborative theory work)

Physical Review B 106, 224304 (2022). "Chern numbers of topological phonon band crossing determined with inelastic neutron scattering"

量子（阻挫）磁性

Physical Review X 12, 041024 (2022). "Giant magnetic in-plane anisotropy and competing instabilities in Na₃Co₂SbO₆"

Physical Review Letters 129, 147202 (2022). "Excitations in the ordered and paramagnetic states of honeycomb magnet Na₂Co₂TeO₆"

Physical Review Letters 131, 146702 (2023). "Triple-q order in Na₂Co₂TeO₆ from proximity to hidden-SU(2)-symmetric point" (collaborative theory work)

Physical Review B 103, L180404 (2021). "Spin-orbit phase behavior of Na₂Co₂TeO₆ at low temperatures"

Physical Review B 101, 085120 (2020). "Ferrimagnetism and anisotropic phase tunability by magnetic fields in Na₂Co₂TeO₆"

铁基超导材料中的自旋-轨道效应

Physical Review Letters 122, 017001 (2019). "Preferred magnetic excitations in the iron-based Sr_1-xNa_xFe₂As₂ superconductor"

Physical Review X 7, 021025 (2017). "Prominent role of spin-orbit coupling in FeSe revealed by inelastic neutron scattering"

Physical Review X 3, 041036 (2013). "Longitudinal spin excitations and magnetic anisotropy in antiferromagnetically ordered BaFe₂As₂"

铜基超导材料中的反铁磁激发与赝能隙物理

Nature Communications 13, 3163 (2022). "Paramagnons and high-temperature superconductivity in a model family of cuprates"

Physical Review Materials 2, 123401 (2018). "Growth and characterization of HgBa₂CaCu₂O_6+x and HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+x crystals"

Physical Review Letters 108, 227003 (2012). "Feedback effect on high-energy magnetic fluctuations in the model high-temperature superconductor HgBa₂CuO_4+x observed by electronic Raman scattering"

Nature 615, 405 (2023). "Topological spin texture in the pseudogap phase of a high-T_c superconductor" (collaborative TEM work)

Nature 468, 283 (2010). "Hidden magnetic excitation in the pseudogap phase of a high-T_c superconductor"

Nature 455, 372 (2008). "Unusual magnetic order in the pseudogap region of the superconductor HgBa₂CuO_4+x"

电荷序、向列序、轨道序

Nature Communications 11, 98 (2020). "Distinction between pristine and disorder-perturbed charge density waves in ZrTe₃"

Physical Review B 91, 144502 (2015). "Charge density waves and phonon-electron coupling in ZrTe₃"

Physical Review B 96, 085111 (2017). "Observation of magnetoelastic effects in a quasi-one-dimensional spiral magnet"

Physical Review Letters 115, 197002 (2015). "Nematic crossover in BaFe₂As₂ under uniaxial stress"

Physical Review B 90, 104414 (2014). "Soft vibrational mode associated with incommensurate orbital order in multiferroic CaMn₇O₁₂"

完整论文列表 - Google Scholar

目前的研究课题及展望：

课题组（SC12i）处于成立之初，将在2025至2026年集中建设一批实验条件。我们的研究将聚焦于高温超导、量子磁性等电子关联现象，侧重于探索它们与拓扑电子结构、手性晶体结构、非共线磁结构等前沿研究话题的交叉与融合。为了达到这一目标，我们将发展一些较为独特的晶体合成与材料调控工艺，不断寻找新型的量子材料和探索已知材料中的新物理现象，运用先进的谱学方法探究相关现象和物态的微观形成机理，力求得到令人满意的理解并发现新的物理规律。

近期我们会在以下几个研究方向上寻求突破：1.高温超导机理；2.共价键上的磁性；3.手性晶体结构中的新材料特性；4.拓扑能带上的磁性相互作用建模；5.拓扑磁结构的形成机理和相关演生现象。

培养研究生情况：

已指导毕业（北京大学）博士研究生10人，其中3人目前在国内研究机构（北理工、北京量子院、郑州大学）任教，3人在国内外研究机构做博士后研究，4人在企业和事业单位工作。本人目前指导在读博士生3人，计划每年招收2名左右学生。有兴趣申请加入的同学与我联系时请附上个人简介。

写给考虑进组的同学的话：我们课题组的总体风格是“问题驱动”（相较于“方法驱动”），强调在具备能力把实验做对的同时，也能够针对特定科学问题有效地选择和设计研究方法。这一点在我们作为大科学装置用户的时候体现得尤为明显，也将因此对你的阅读、整理、分析、写作等能力提出相应的要求。

本组也十分欢迎在材料合成、谱学测量、低温输运等方面接受过专业训练并取得过一定成果的博士后加盟。

Email：

yuan.li@iphy.ac.cn