刘伍明

中国科学院物理研究所

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  • 刘伍明
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刘伍明 简介

简介

:

刘伍明

,男,湖南人,1994 年获中国科学院金属所博士学位(导师周本濂院士),并获 1994 年在《科学引文索引》(SCI)收录的杂志上发表论文数全国第 3 名和中国科学院院长奖学金特别奖。1994 年至 1996 年在中国科学院物理所做博士后(合作导师蒲富恪院士)。1996 年至 1998 年在中国科学院理论物理所任副研究员。1998 年至 2000 年在美国 Texas 大学 Austin 分校物理系任 Research Scientist。2000 年至 2002 年在美国 Delaware 大学 Bartol 研究所任 Research Scientist。2002 年至今任中国科学院物理所研究员,博士生导师,T05 研究组长,凝聚态与材料计算实验室副主任,物理所学术委员会委员,国家杰出青年基金获得者,国家重点基础研究发展计划(亦称973计划)首席科学家,国家重点研发计划 “量子调控与量子信息”重点专项首席科学家。

研究领域为原子分子物理、光物理和凝聚态物理。发展可积模型方法,研究量子多体系统的基态、激发态、拓扑态的精确解及其奇异性质;发展量子场论等解析方法和动力学团簇方法等数值方法,研究量子多体系统的拓扑超固态、拓扑超流态、拓扑超导态、拓扑绝缘体、Mott 绝缘态、Fermi 液体态、自旋液体态等新物态及其拓扑量子相变等。

1991 年以来,已在《科学引文索引》(SCI)收录的刊物上发表论文 350 篇,其中美国物理学会主办的 Physical Review Letters 14 篇,Physical Review A/B/E 156 篇。英文专著 5 部,综述文章 20 篇。应诺贝尔物理奖获得者 Claude Cohen-Tannoudji 教授邀请,在其主编的《原子分子年鉴》中撰写了第三章。 经国际检索《科学引文索引》(SCI),自 1991 年以来发表的论文被 SCI 引用 10,200 多次,得到了诺贝尔物理学奖获得者 Eric A. Cornell、Wolfgang Ketterle 教授等人的正面引用并被写入其综述文章中。H 因子 55。已获发明专利 5 项。在国际重要学术会议作大会报告 50 次,其中 2010 年在第 22 届国际原子物理学大会(ICAP,澳大利亚)作大会报告,这是中国科学家第一次在这个国际大会上作报告。曾获得中国人民解放军科技进步奖一等奖,北京市科学技术奖一等奖,教育部科技进步奖二等奖,河北省科学技术奖二等奖,中国科学院朱李月华优秀教师奖等。

曾在美国 Los Alamos 国家实验室、Oak Ridge 国家实验室、加州大学 Berkeley 数学所、加州大学 Santa Barbara 理论物理所、Pennsylvania 大学数学系、Duke 大学数学系、Utah 大学物理系;加拿大 Toronto 大学物理系、British Columbia 大学物理系;法国 Laue-Langevin 研究所;西班牙 CSIC 物理所;澳大利亚国立大学物理系;新加坡国立大学物理系;香港大学物理系、香港科技大学物理系、香港中文大学物理系;台湾中央研究院物理所、清华大学物理系、中央大学物理系访问并开展合作研究。

2002 年至今,先后任 The International Conference on Low Temperature Physics、The International Conference on Atomic Physics、The International Symposium on Quantum Fluids and Solids、The Asian International Conference on Atomic and Molecular Physics 国际顾问委员会委员;中国物理学会原子分子专业委员会委员,中国物理学会低温专业委员会委员,中国物理学会凝聚态理论与统计物理专业委员会委员,中国电子学会磁学专业委员会磁学理论委员会主任,载人航天工程

空间科学与应用领域专家组成员,

空间科学及其应用标准化技术委员会空间基础物理委员会委员;中国科学院物理研究所学术委员会委员,中国科学院量子光学重点实验室学术委员会委员,中国科学院量子信息重点实验室学术委员会委员,教育部物质非平衡合成与调控重点实验室学术委员会委员。

2008 年至今,先后任 “Scientific Reports” 编委,任 “Journal of Physics: Communications” 编委,“Frontiers of Physics” 编委,“Journal of Atomic and Molecular Science” 编委,“原子与分子物理学报” 编委,“中国测试” 编委。

主要研究方向

:

1、

原子分子物理、光学及量子精密测量:

1.1、激光与原子分子相互作用、超冷原子分子物理、原子分子玻色-爱因斯坦凝聚、费米子凝聚、BEC-BCS 交叉、光晶格中冷原子分子、多体玻色子和费米子系统、原子光学和原子激光理论;

1.2、量子频标、精密测量的原理;高精度的频率、相位和时间脉冲的精密测量和控制,空间和卫星原子钟;基本物理常数的精密测量。

2、

量子信息和量子计算:

2.1、固态量子信息和量子计算;

2.2、信息存储、量子态操控。

3、

凝聚态物理:

3.1、拓扑材料:拓扑绝缘体、拓扑超流体、拓扑超导体;

3.2、自旋-轨道耦合和自旋 Hall 效应,自旋电子材料和自旋电子学;

3.3、强关联系统;

3.4、无序系统。

4、

统计物理和数学物理:

4.1、统计物理可积模型;

4.2、非线性可积模型。

过去的主要工作及获得的成果

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1、 原子分子物理、光物理及量子精密测量

主要是研究光与物质相互作用的基本量子现象以及在量子频标、精密测量中的应用:包括原子与光场相互作用、激光冷却原子分子、超冷原子分子物理、原子分子玻色-爱因斯坦凝聚、费米子凝聚、BEC-BCS 交叉、光晶格中冷原子分子、多体玻色子和费米子系统、物质波、原子光学和原子激光理论;高精度的频率、相位和时间脉冲的精密测量和控制,空间和卫星原子钟;基本物理常数的精密测量。

1.1、发展参数可调的低维量子多体系统的可积模型的一般方法并得到精确解,研究量子多体系统的基态、激发态和拓扑态的性质,预言分数量子涡旋态、超固态并被实验验证,解释玻色—爱因斯坦凝聚干涉现象,发现可调幅和调频的原子激光。

预言旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的分数涡旋态和涡旋晶格态【Phys.Rev.Lett.101,010402 (2008)】,被韩国国立大学 Yong-il Shin 教授实验组证实(Phys.Rev.Lett.115,015301 (2015))。发展反散射方法获得了非线性薛定谔方程的长时间精确解,发现具有相互作用的两个或多个玻色—爱因斯坦凝聚体相互交叠在一起时,将发生干涉现象:干涉条纹不是均匀等间隔的,而是中心条纹宽、两边窄,在某些参数下条纹是弯曲的【Phys.Rev.Lett.84,2294 (2000)】;定量的解释了美国麻省理工学院 W.Ketterle 教授的实验结果(Science 275,637 (1997)),该实验图片作为2001年诺贝尔物理学奖三张图片的第二张。还获得了两个或多个玻色—爱因斯坦凝聚在扩散过程中的能级分布, 以及如何用非弹性光子实验发现能级分布等,迄今被 SCI 他引 210 次。发展 Darboux 方法得到了具有外势的相互作用系数随时间变化的非线性薛定谔方程的精确解,发现在Feshbach 共振条件下外势中原子间相互作用参数随时间变化的的玻色—爱因斯坦凝聚可以产生调幅和调频的原子激光【Phys.Rev.Lett.94,050402 (2005)】。该论文被认为是关于 Feshbach 共振条件下玻色—爱因斯坦凝聚及其稳定性的最早工作之一,引发了新的理论和实验研究,迄今被 SCI 他引 350 次。预言光学微腔阵列中极化光子的逆超流凝聚态【Phys.Rev.Lett.99,183602 (2007)】,等等。论述可积模型方法及应用的 10 篇主要论文已被 SCI 他引 2000 多次。

1.2、发展适用于有限温度和高低能区的量子隧穿的周期瞬子方法,预言光晶格中冷原子在能带间的量子隧穿效应并被实验证实,发现非阿贝尔约瑟夫森效应、光子约瑟夫森效应、人造规范场诱导的原子电子学光伏效应等新的量子输运效应

。发展在有限温度、高低能区都适用的计算量子隧穿的周期瞬子方法,使得计算有限温度量子隧穿变为可能,解决了量子力学基本理论中的一个难题。周期瞬子方法填补了热助量子隧穿的计算空白,把隧穿理论推广到有限温度,在原子物理、光学、凝聚态以及高能物理都有重要应用。研究了重力作用下光晶格中冷原子在能带间的量子隧穿效应并被实验证实,以及量子隧穿逃逸率的温度依赖关系和转变温度【Phys.Rev.Lett.88,170408 (2002)】。2008年,意大利佛罗伦萨大学 G. M. Tino 教授从实验上验证了该论文预言的光晶格中冷原子在能带间的量子隧穿效应(Phys. Rev. Lett. 100, 043602 (2008)),证实了周期瞬子的计算结果。该论文是第一个定量的理论计算,引发了新的理论和实验研究,迄今被SCI他引170 次。研究了微腔极化凝聚体的光子 Josephson 效应【Phys.Rev.Lett.102,023602 (2009)】,双光学势中两个旋量玻色-爱因斯坦凝聚体之间的非 Abelian Josephson 效应【Phys. Rev. Lett. 102, 185301 (2009)】等。论述周期瞬子方法及应用的 10 篇主要论文已被 SCI 他引 1500 多次。

1.3、发展量子场论等解析方法和动力学团簇方法等数值方法,研究规范场和光晶格中冷原子的相互作用、维度、晶格结构、组份等参数可调控的量子多体系统的拓扑超流态、Mott 绝缘态、Fermi 液体态等新物态和拓扑量子相变等

。发展量子场论等解析方法,研究了由人工规范场模拟的自旋-轨道耦合效应对极化的冷原子费米气体的影响,获得了有限温度相图,分析了自旋极化超流态【Phys. Rev. Lett. 108,080406(2012)】。发展动力学团簇方法,研究光晶格中冷原子的相互作用、维度、晶格结构、组份等参数可调控的量子多体系统的超流态、Mott 绝缘态、Fermi 液体态等新物态和量子相变,特别是长程偶极关联的影响,例如三角 kagome 晶格的 Kondo 金属和亚铁磁绝缘体【Phys. Rev. Lett. 108,246402(2012)】。发展量子蒙特卡洛方法,研究微腔和光晶格中冷原子的相互作用、维度、晶格结构、组份等参数可调控的量子多体系统的新物态和量子相变,例如光学微腔中的里德伯原子的超辐射固态【Phys. Rev. Lett. 110,090402(2013)】。论述新物态和量子相变及应用的 10 篇主要论文已被SCI他引 1000 多次。

我们还研究了下列问题:外场驱动下两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的相对位相(Phys.Rev.A 64,015602 (2001)),光晶格中旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的孤子(Phys.Rev.A 69,053609 (2004)),光晶格中具有偶极相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性动力学(Phys.Rev.A 71,025601 (2005)),光晶格中两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的持续流(Phys.Rev.A 71,053608 (2005)),光晶格中旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学(Phys.Rev.A 71,053611 (2005)),旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的精确孤子解和调制不稳定性(Phys.Rev.A 72,033611 (2005)),两分量玻色-爱因斯坦凝聚体的具有平面波背景的精确解(Phys.Rev.E 73,066610 (2006)),同步控制 Feshbach 共振和简谐势调控玻色-爱因斯坦凝聚体的孤子(Phys.Rev.A 77, 023613 (2008)),包含双阱中冷原子的微腔的量子电动力学(Phys.Rev.A 77, 033620 (2008)),排斥抛物合成势中具有随时间变化的散射长度的玻色-爱因斯坦凝聚体的孤子(Phys.Rev.A 78, 023608 (2008)),光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体空间局域能隙孤子的稳定性(Phys.Rev.E 78, 026606 (2008)),光学微腔中冷原子 Josephson 结的动力学(Phys.Rev.A 78, 043618 (2008)),具有可以调控相互作用的两类玻色-爱因斯坦凝聚体矢量孤子的形成和转换(Phys.Rev.A 79, 013423 (2009)),具有调制相互作用的二维玻色-爱因斯坦凝聚体环状孤子的动力学和调制(Phys.Rev.A 79, 023619 (2009)),与单模微腔耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体的非线性动力学(Phys.Rev.A 79, 033401 (2009)),简谐势中具有调制相互作用的二分量玻色-爱因斯坦凝聚体矢量孤子(Phys.Rev.A 79, 033630 (2009)),旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的相干双色光缔合:单自旋及混合自旋情况(Phys.Rev.A 79, 045601 (2009)),具有微腔传输谱的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的基态及探测(Phys.Rev.A 80, 043623 (2009)),光晶格中具有偶极相互作用旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的畴壁动力学(Phys.Rev.A 81, 015602 (2010)),具有空间可调制的准二维玻色-爱因斯坦凝聚体(Phys.Rev.A 81, 025604 (2010)),微势阱中具有有限关联长度的粗糙(Phys.Rev.A 81, 033625 (2010)),偶极费米气体的 Hartree-Fock-Bogoliubov 理论(Phys.Rev.A 81, 063642 (2010))。光晶格中多体玻色子系统的量子相变(Phys.Rev.A 68,043605 (2003)),光晶格中偶极玻色子的超流-Mott 绝缘体相变(Phys.Rev.A 70,045602 (2004)),光晶格中冷原子的磁性量子相变(Phys.Rev.A 76, 043618 (2007)),人造阻挫二维三角光晶格中冷原子的量子相变(Phys.Rev.A 82, 043625 (2010)),六角光晶格中相互作用Dirac费米子的磁性量子相变(Phys.Rev.B 82,245102 (2010))。