谌志国

简介


1985年生。2007年7月本科毕业于北京航空航天大学应用物理系,2012年7月于中国科学院物理研究所获凝聚态物理专业理学博士学位,2013年获中国科学院优秀博士论文奖。先后在美国国家强磁场实验室(NHMFL)和法国国家科学研究中心国家强磁场实验室(CNRS-LNCMI)从事博士后研究。2016年加入中国科学院物理研究所,任特聘研究员,博士生导师。2017年任科技部国家重点研发计划(青年项目)首席科学家。

主要研究方向


主要利用强磁场和低温条件下的红外光谱来研究拓扑量子材料,强关联和低维电子体系的物理性质,包括拓扑绝缘体、Dirac半金属、Weyl半金属、铁基超导体和石墨烯等。

过去的主要工作及获得的成果


1. ZrTe5体态能带反转的强磁场下红外光谱研究
在国际上首次用强磁场下的红外光谱研究了ZrTethin flake体态的朗道能谱。首次用红外光谱观察到与拓扑绝缘体体态能带反转(band inversion)对应的两个体态零朗道能级相交,为指认ZrTethin flake是拓扑绝缘体提供了关键的实验证据。此外,还揭示了ZrTethin flake中存在能带色散为准线性的三维有质量Dirac费米子。

2. 铁基超导母体中二维狄拉克费米子的强磁场下红外光谱研究
在国际上首次用强磁场下的红外光谱研究了“122”型铁基超导体母体AFe2As2(A = Ba,Sr)单晶的反铁磁态。首次用强磁场下的红外光谱指认“122”型铁基超导体母体的反铁磁体态中存在二维无质量Dirac费米子,为实验确定凝聚态体系中Dirac费米子的维度开辟了新的途径,从实验上支持“122”型铁基超导体母体中的Dirac点是受拓扑保护。

3. 外尔半金属WP2的电阻率各向异性及其低温红外光谱研究
在国际上首次开展了第二类外尔半金属WP2的ac面内电阻率各向异性及其低温偏振红外光谱的研究,发现WP2的面内电阻率各向异性在温度介于100K和250K之间时具有较弱的温度依赖,但当温度低于100K,其面内电阻率各向异性随着温度的降低而迅速增强,在10K时达到约800%,其在此温度下的面内电阻率各向异性是目前已发现的具有同等载流子浓度的第二类外尔半金属中最强的面内电阻率各向异性。低温偏振红外光谱研究揭示了WP2的ac面内电阻率各向异性随着温度的降低而迅速增强的奇异行为主要由其ac面内散射率的各向异性引起。此外,还揭示了磁场可以调控WP2的ac面内电阻率各向异性。 

4. 铁基超导母体层间电荷动力学的低温红外光谱研究
在国际上首次开展了“122”型铁基超导体母体AFe2As2(A = Ba,Sr)单晶c轴方向低温红外光电导谱的研究,发现“122”型铁基超导体母体电子结构具有较小的各向异性以及反铁磁相变温度以下费米面上打开的两个能量尺度的能隙只有较小的一个出现在c轴光电导谱中,为理解铁基超导体母体在共线型(collinear)反铁磁态的三维能带结构提供了重要的实验依据。

5. 石墨烯/氮化硼异质结中电子间相互作用及其本征能隙的强磁场下红外光谱研究
在国际上首次用强磁场下的红外光谱开展了石墨烯/氮化硼(Graphene/h-BN)异质结朗道能谱的研究。所测得的朗道能级跃迁能量,揭示了与衬底氮化硼呈零转角的石墨烯的能带结构上有能隙打开。该实验结果澄清了之前关于在氮化硼衬底上的石墨烯是否有能隙打开的疑问,并给出了本征能隙的大小。同时,该研究还表明Graphene/h-BN异质结的不同朗道能级跃迁对应于不一样的有效费米速度,揭示了Graphene/h-BN异质结中的电子相互作用对于Graphene/h-BN异质结的物理性质有重要影响。

6. ZrTe5中三维狄拉克费米子的强磁场下红外光谱研究
在国际上首次用强磁场下的红外光谱研究了ZrTe5块材单晶的朗道能谱。通过研究ZrTe5块材单晶朗道能级与磁场的关系发现其中存在三维无质量的Dirac费米子,为指认ZrTe5块材单晶是三维Dirac半金属提供了关键的实验证据。此外,还观察到无质量Dirac费米子朗道能级的Zeeman劈裂,给出了其朗道能级自旋简并解除的实验证据。

代表性论文及专利


(*通讯作者,#共同一作) 

1. Bo Su#, Yanpeng Song#, Yanhui Hou#, Xu Chen, Jianzhou Zhao, Yongchang Ma, Yang Yang, Jiangang Guo, Jianlin Luo, and Z.-G. Chen*
"Strong and tunable electrical-anisotropy in type-II Weyl semimetal candidate WP2 with broken inversion symmetry",
Advanced Materials, 31, 1903498 (2019). 

2. Z.-G. Chen*, R. Y. Chen, R. D. Zhong, John Schneeloch, C. Zhang, Y. Huang, Fanming Qu, Rui Yu, Q. Li, G. D. Gu, and N. L. Wang*
"Spectroscopic evidence for bulk-band inversion and three-dimensional massive Dirac fermions in ZrTe5", 
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114, 816-821 (2017).

3. Z.-G. Chen*, Luyang Wang, Yu Song, Xingye Lu, Huiqian Luo, Chenglin Zhang, Pengcheng Dai, Zhiping Yin*, Kristjan Haule, and Gabriel Kotliar, 
"Two-dimensional massless Dirac fermions in antiferromagnetic AFe2As2 (A = Ba, Sr)", 
Physical Review Letters, 119, 096401 (2017).

4. Z. G. Chen, T. Dong, R. H. Ruan, B. F. Hu, B. Cheng, W. Z. Hu, P. Zheng, Z. Fang, X. Dai, and N. L. Wang, 
"Measurement of the c-axis optical reflectance of AFe2As2 (A = Ba, Sr) single crystals: Evidence of different mechanisms for the formation of two energy gaps",
Physical Review Letters, 105, 097003 (2010).

5. Z.-G. Chen, Z. Shi, W. Yang, X. Lu, Y. Lai, H. Yan, F. Wang, G. Zhang, and Z. Li, 
"Observation of an intrinsic bandgap and Landau level renormalization in graphene/boron-nitride heterostructures",
Nature Communications, 5, 4461 (2014).

6. R. Y. Chen#, Z. G. Chen#, X.-Y. Song, J. A. Schneeloch, G. D. Gu, F. Wang, and N. L. Wang, 
"Magnetoinfrared spectroscopy of Landau levels and Zeeman splitting of three-dimensional massless Dirac fermions in ZrTe5",
Physical Review Letters (Editors' Suggestion), 115, 176404 (2015).

 

目前的研究课题及展望


主要研究拓扑量子材料(如拓扑绝缘体,拓扑三维Dirac半金属,Weyl半金属),强关联电子体系(如非常规超导体)和低维材料的物理性质。

培养研究生情况


在读研究生3名,每年拟招收研究生3名,欢迎具有物理,材料或化学专业背景的考生联系报考。
拟招收博士后2名。

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