物理学院 School of Physics, Nanjing University

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物理学院第 201604 期工作简报(2016-4-29)(院办)

2016年04月29日

南京大学物理学院工作简报
第201604期(总第254期)
南京大学物理学院 2016-4-29

 
1、《Nature Communications》发表张海军教授课题组Weyl半金属方面的最新研究成果
物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、南京微结构科学与技术协同创新中心的张海军教授课题组与清华大学高等研究院姚宏研究员课题组密切合作,在Weyl半金属研究方面取得突破性进展,相关研究成果以《Symmetry-protected ideal Weyl semimetal in HgTe-class materials》为题,于2016年04月01日在线发表Nature Communications 7,11136 (2016)。南京大学物理学院博士生阮佳伟和清华大学高等研究院博士生简少恺为论文的共同第一作者,张海军教授和姚宏研究员(南京大学校友)为共同通讯作者。南京大学邢定钰院士和斯坦福大学张首晟教授指导了本项工作。
1928年,英国物理学家Dirac提出了一个描述电子运动的相对论性量子力学方程,即Dirac方程。该方程可以成功描述高速运动的电子,譬如,给出氢原子能级的精细结构,自动导出电子的自旋量子数为1/2,并且预言了正电子的存在。随后,德国物理数学家Weyl指出,当电子质量为零时,Dirac方程可以解耦成两个方程,描述了一对具有相反手性的新粒子——即‘Weyl费米子’。然而,80多年来,人们始终没有在现实世界中发现Weyl费米子存在的踪迹。
2011年,南京大学物理学院的万贤刚教授及其合作者,首先注意到烧绿石结构的5d过渡金属氧化物Y2Ir2O7中存在一种特殊的磁有序结构,结合强的自旋轨道耦合相互作用,其低能激发的能量-动量色散关系精确地满足Weyl方程。也就是说,这种低能准粒子激发就是人们找寻多年的Weyl费米子,该物质态被称为Weyl半金属。该发现是国际凝聚态物理前沿的重要科学突破,Weyl半金属新奇的物理性质对低能耗电子器件、量子计算等方面具有重要意义。目前实验上发现的Weyl半金属只有TaAs系列材料。虽然这类材料在实验上展现了Weyl半金属的多种重要特征,如,负磁阻效应、费米弧、高迁移率等,但他们都还不是‘理想Weyl半金属’体系,因为Weyl点没有精确落在Fermi能级上,并且与许多平庸体态纠缠混合在一起。
基于第一性原理计算和理论模型分析,本项工作发现HgTe系列化合物,包括HgTe、HgSe和部分half-Heusler化合物,可以实现新型的‘理想Weyl半金属’态。我们知道,HgTe系列化合物具有立方晶格对称性,Fermi能级附近的p轨道成分能带形成轻空穴和重空穴,并且在Γ点处能级简并。HgTe、HgSe和部分half-Heusler化合物的价带和导带之间发生能带翻转,故而费米能级穿过轻重空穴的简并点。通常认为,破坏立方对称性的轴向应力可以使得轻重空穴之间打开能隙,实现具有体能隙的拓扑绝缘体态。我们的研究工作发现,轴向压力(或面内张力)确实可以打开体能隙,实现拓扑绝缘体态;然而,轴向张力(或面内压力)则不能打开能隙,而是得到对称性保护的稳定Weyl半金属态。该Weyl半金属态具有多重优点:1)在足够大的应力范围内,不敏感于外部应力的大小而稳定存在。 2)受对称性要求,Weyl点被限制在kx=0或ky=0平面内。3)没有平庸体态的混合,并且Weyl点之间可以通过对称性关系彼此联系,故而所有Weyl点精确落在Fermi能级上。我们称之为‘理想Weyl半金属态’。

图1(a)HgTe的闪锌矿晶体结构。(b)外部应力下的HgTe的相图。包含拓扑绝缘体相、Type-II Weyl半金属相和理想Weyl半金属相。(c)Weyl点处的能带结构。(d)动量空间的四对Weyl点。所有Weyl点被对称性限制在kx=0和ky=0平面里。(e)(100)表面上的Fermi弧。(f)放大效果的Fermi弧
该项工作在推进Weyl半金属研究方面具有重要意义。首先,该理想Weyl半金属态摆脱了平庸体态的混合,为人们研究Weyl费米子的新奇本征物理性质及其他衍生特性提供了一类理想平台。其次,该Weyl半金属态可以由标准的Luttinger哈密顿准确地描述,为进一步的理论研究提供了一个理想的理论模型。另外,half-Heusler系列化合物展现出丰富的物性,包括,超导、重费米子、磁性等,为Weyl半金属物性的交叉研究提供了多种机会。
该项工作主要得到了国家青年千人计划的资助。
附:张海军教授在拓扑材料、铁基超导体和数值算法等方面取得了多项重要成果。2015年入选国家“青年千人计划”,同年入职南京大学物理学院。其课题组,主要基于多种理论方法,包括,第一性原理方法、紧束缚近似方法和kp有效模型方法,集中探索和理解凝聚态物理中的各种新奇物性。一年来,该课题组成员团结协作,在拓扑半金属研究方面取得突破性成果。欢迎对计算凝聚态感兴趣的同学加入张海军教授课题组(zhanghj@nju.edu.cn),共同探讨计算凝聚态之美。
文章链接:
Symmetry-protected ideal Weyl semimetal in HgTe-class materials
Jiawei Ruan, Shao-Kai Jian, Hong Yao, Haijun Zhang, Shou-Cheng Zhang and Dingyu Xing
Nature Communications 7,11136 (2016)
http://www.nature.com/ncomms/2016/160401/ncomms11136/full/ncomms11136.html
(南京大学新闻网http://news.nju.edu.cn/show_article_1_41583)
 
2、我院获得2015年度发展与校友工作表彰
4月12日下午14:30,南京大学发展与校友工作会议在仙林校区计算机系111报告厅召开。会议宣布了《南京大学关于表彰2015年度发展与校友工作先进集体、先进个人的决定》(南字发[2016]31号)。物理学院获得“先进集体”,李建新获得“先进个人”称号。这是学校对2015年度物理学院发展与校友工作取得成绩的充分肯定。
2015年,物理发展基金会到账捐款金额为8,782,200.61元人民币,由南京大学发展委员会统一管理,致力于推动南大物理学科的建设与发展。在物理学科百年庆典期间,我院通过走访校友、邀请校友回母校座谈交流等方式强化校友联络,积极倡导校友捐赠。全院教职工在建立校友信息库的基础上,充分利用百年庆典网站、邮件、微信、QQ等方式不断凝聚校友,加强校友与捐赠工作的广度,推进了物理学科的建设与发展。
校友是学院的宝贵财富,物理学院的建设与发展都深深凝聚着广大海内外校友的智慧和汗水;校友捐赠工作是宣传物理学院成就、扩大物理学院影响、凝聚社会力量的重要渠道。在今后的工作中,希望广大校友以各种方式继续关注并支持物理学院的建设与发展,争取发展与校友工作的不断进步。
(谢亚玲供稿)
 
3、物理学院参加教育部评估中心第一期专业认证培训活动
受教育部高等教育教学评估中心(简称评估中心)的邀请,我院吴小山等3位老师,以及南京大学教务处副处长张亚权等3位主管领导一行于2016年4月18—20日参加了培训中心在武汉举行的第一期教育专业认证培训研讨会,作为下一步评估中心开启理科专业认证试点专业邀请单位。
专业认证是贯彻全面提高专业人才培养质量的重要环节,通过专业认证可以指导高考学生和家长选报已通过认证专业点,可提高国内同行的竞争力,招收更多优秀学生入学,可以帮助高校专业点建立健全高效的学生培养目标达成的教学管理体系;另外,开展专业认证工作,有助于提高专业教育质量,吸引社会各界的广泛参与,进一步密切专业教育与社会的联系,提高专业教育人才培养对社会需求的适应性;更重要的是可促进相应专业教育参与国际交流,实现国际间本科专业教育的学位互认,实现中国高等教育战略任务的“提高、争创、优化、转型”,为专业类学生走向世界提供具有国际互认质量标准的“通行证”。
评估中心已在全国开展了工程教育的专业认证,认证专业570个,但在文、理、农、医还没有开始尝试,这在国际上也没有现成的认证标准。评估中心希望通过已有专业认证向文理农医延伸,创立国际专业认证新标准。
培训期间,评估中心主任吴岩作了题为《全面开展专业认证、全面提高专业人才培养质量》的报告。分析了当前国家和高等教育发展的新形势,对中国高等教育战略任务进行了深入阐述。吴岩还指出,无论是国际高等教育发展新趋势,还是国内高等教育发展的政策方向,都将提高高等教育质量作为高等教育发展的重中之重。
培训会上,评估中心领导、认证专家和已通过认证的部分高校领导分别从专业认证理念与专业教学改革、专业人才培养质量标准及其构建、毕业要求达成评价机制及方法、学习成果导向的课程建设新思路、专业人才培养质量的持续改进、运用认证理念推动专业人才培养改革、院系层面如何落实专业认证工作等方面对认证工作进行了全面的介绍。培训会还组织专家就如何做好认证工作展开了专题研讨。
此次会议使参会人员了解了认证体系和标准,提高了认证工作的规范化和专业化水平,确保能够更好地按照国际实质等效的要求,高质量做好认证考查工作。从已经认证的专业来看,专业认证需要经历申请和受理、学校自评与提交自评报告、自评报告的审阅、现场考察、审议和做出认证结论、认证状态保持六个阶段,程序复杂、任务重,但对专业的发展和社会的认同具有重要意义,为此,学院拟接收评估中心的挑战,向评估中心提交物理学专业认证试的申请,启动专业认证的艰苦工作。
(王竞供稿)
 
4、物理学院党委党员组织关系阶段性排查工作总结
今年将要开展的“学党章党规、学系列讲话,做合格党员”(简称“两学一做”)学习教育活动中的一个重要任务是进一步做好党员组织关系的集中排查工作,理顺党员组织关系,使每位党员都纳入党组织的有效管理。为此学院党委按照学校组织部的部署,再一次对本院的党员组织关系进行了全面的彻查,从以下几个方面开展了卓有成效的工作:
1、成立专门工作小组
这次由于是专门针对失联的党员,工作难度系数高,许多党员难以联系。因此要完成工作任务,必须有工作责任心强的党员干部来担当。为此学院党委扩大了工作小组成员,由书记挂帅,成立了由党委秘书、研究生辅导员、外事秘书、科研秘书以及各系的教授、副教授、研究生党小组长共10人组成的工作小组,强的责任心和高的工作效率保障了这项工作的顺利进行。
2、敢于担当,迎难而上。
由于物理系在2009年12月30日成立物理学院,电子系的声学专业划给了物理学院,而物理系的微电子专业划给了电子科学与工程学院,这样,由于历史的原因,失联党员涉及的部门很多、性质很广,有退休教师、离职的博士后、研究生、本科生等,在排查的过程中遇到很多想不到的问题,如组织关系“身份”不明,不知现在应属于哪个院;对是否落实组织关系犹犹豫豫,譬如,有些人在国外,既想保留党员身份,又觉得没有组织活动。各种情形很多。为此,工作小组人员进行了仔细的工作分工,从时间、人员上“包干到户”,联系中除耐心解释工作要点之外,根据组织原则处理问题,迎着困难上,不放弃、不离弃、不泄气,在周末加班加点地工作,积极动员导师、同事、任课老师、师兄弟、师姐妹等一切人脉资源,在克服种种困难后,终于又落实了47名失联党员的组织关系。
3、认真总结经验,提高每位党员的组织观念。
   这次学院党委排查的失联党员比较多,有其历史原因,但是也给我们加强组织建设提供了宝贵的经验。1)应把做优秀的人员选拔出来,加入党组织队伍;2)加强对党员的党性教育,使每位党员在工作、学习、生活中时刻牢记自己的党员身份,充分明白组织关系的主要性;3)及时处理好工作调动过程中的组织关系的转移和落实,把组织关系的落实情况作为考察党支部、每位党员工作的一个主要指标,作为每年评比先进的主要内容。
4、由于目前还有64名党员没有联系上,我们党委对此非常重视,又成立了专门的工作小组,除了支部书记、行政人员外,还动用一些教授、副教授等20多人参加排查。为了能联系上更多的党员,我们恳请组织部协助是否把64名目前还没联系到的党员,根据目前他们所在的学院分分工,划给相应的院系,以前我们物理学院全都包了,所以工作量特别大。在这64名党员中,有原材料系、微电子系的失联党员。在以前的党员排查中、我们党委根据组织部的安排,不分是否是我们学院的人员都进行了排查,现在我们希望组织部协调,请把8名原微电子系的失联党员划给现电子工程学院,原材料系的4名党员划给现工院排查,这样做起来会更顺畅,效果会更好!当然在做的过程中,物理学院定当协助好其它学院,把这些工作多好!
最后:115名失联的党员中我们尽量大的努力联系上68名了!
(王云供稿)
 
5、物理学院举行党委扩大会,贯彻落实学校关于“学党章党规、学系列讲话,做合格党员”的文件精神
物理学院党委于2016年4月28日在233会议室召开关于“学党章党规、学系列讲话,做合格党员”(两学一做)会议,此会议是贯彻落实学校党委文件2016年主要开展“两学一做”的思想教育的活动。因为从中央到地方有相当一部分党员做了完全不应该做的事、已经是不合格的党员了,更不要说先进性了。所以,习近平总书记才在全体党员范围内开展此活动,就是想让广大党员明确自己应该做什么,物理学院党委对此很重视、响应学校党委的号召,组织物理学院党委委员、教工支部书记、支委、学生支部书记、党代表、党员代表、入党积极分子代表供30多位教职工,召开党委扩大会议,会上,负责学院党委工作的吴兴龙副书记就学校“两学一做”的会议精神进行了详细的转达,同时也对物理学院党委就下一步学习工作作了布置。
会议指出,对于物理学院的党员领导干部,要有以德为本、服务教师的意识,为广大教师创造良好的教学科研环境,为学生创造良好的学习和创新环境。对于教职工党员,要总结自己的工作,找出不足,努力改正。做好本职工作,课堂上认真负责,真正做到教书育人;科研上严谨求真,反对任何形式的不端行为,争取产出有重要学术影响的研究成果。对于学生党员,要明确努力学习,积极创新,真正起到模范带头作用,将来能履行“明日南大以我为荣”的光荣使命。
(王云供稿)
 
 

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