付英雙，男，1981年出生，華中科技大學物理學院教授、博士生導師、科技部重點研發計劃大科學裝置前沿研究項目首席科學家。2003年畢業于山東師范大學物理學院（物理學學士）；2008年于中國科學院物理研究所獲凝聚態物理博士學位，導師薛其坤院士；2008年到2011年，在德國漢堡大學應用物理研究所做博士后；2011年到2014年在日本理化學研究所任國際特別研究員。2014年受聘為華中科技大學物理學院教授、博士生導師，現任凝聚態物理研究所副所長、強磁場物理研究所副所長和物理學院實驗中心副主任。長期從事拓撲量子材料和低維量子材料的控制生長、電子結構和物理性質的研究，具體包括：（1）拓撲量子物態的調控和自旋特性；（2）低維量子體系中的關聯效應、磁性和超導物理研究；（3）谷電子學材料的制備和電子結構性質表征。迄今在Nature Physics、Nature Communications、Physical Review X、Physical Review Letters、Nano Letters、ACS Nano等重要國際物理期刊上發表論文四十余篇。相關論文被Science、Nature及子刊、Physical Review Letters等期刊多次正面引用，多次在重要國內國際學術會議上做邀請報告，是Nature 子刊系列、Science子刊、Physics Review系列、 ACS Nano等國際著名SCI學術期刊的審稿人。

研究方向：拓撲量子物態、低維體系的電子結構性質、單自旋態尺度量子調控。主要研究手段包括分子束外延、掃描隧道顯微學。

教育及工作經歷：

2003年畢業于山東師范大學物理學院（物理學學士）。

2008年畢業于中國科學院物理研究所（凝聚態物理博士），導師薛其坤院士。

2008年到2011年，在德國漢堡大學應用物理研究所做博士后，合作導師Roland Wiesendanger院士。

2011年到2014年在日本理化學研究所任國際特別研究員，合作導師Testuo Hanaguri教授。

2014年入選國家QR計劃（青年QR項目），并受到優先資助。

2014年起受聘為華中科技大學物理學院教授、博士生導師。

學術兼職：

1、ACS Nano、Scientific Reports等國際著名SCI學術期刊的獨立審稿人。 

主講課程：

資料更新中……

招生招聘情況：

擬每年招收研究生（包括直博生、博士生和碩士生）2-3名；歡迎具有物理，化學或材料專業背景的同學報考。

我們的課題組剛組建，誠邀具有表面低維凝聚態物理或低溫物理等相關研究背景、進取團結的優秀研究人員加入團隊；擬招聘專職研究人員（包括教授、副教授、講師）和博士后若干名。

培養研究生情況：

資料更新中……

研究方向：

量子材料和納米結構體系的控制生長和物理性質研究。

具體包括：

1 拓撲絕緣體表面態的調控和自旋特性。

2 低維量子體系中的磁性和超導物理研究。

3 谷電子學材料的制備和物理性質表征。

承擔科研項目情況：

資料更新中……

科研成果：

1. 狄拉克波函數兩分量特性的揭示【Nat. Phys., in press 】

無質量的狄拉克電子體系是前沿凝聚態物理中的研究熱點。與常規電子不同，狄拉克電子的運動需要用兩分量波函數來描述。在拓撲表面態中，該兩分量波函數對應電子自旋。因此，對其波函數的觀測可以為拓撲表面態的自旋調控提供新的思路。我們利用極低溫強磁場掃描隧道譜，通過測量拓撲絕緣體Bi2Se3表面態的朗道能級對局域雜質電勢的響應；并結合模型計算，發現該兩分量特性可以從受電勢影響而退簡并的朗道能級中體現出來。我們還進一步預測伴隨電勢變化會在實空間出現新奇的自旋構形。該工作提供了一種對拓撲表面態自旋進行量子操控的嶄新平臺，將會對拓撲物理和自旋電子學產生重要影響。

2. 拓撲絕緣體表面態在偏壓控制下的記憶效應【ACS Nano 7， 4105（2013）】

拓撲絕緣體是一種新型的量子材料，其表面態電子沒有質量，并且其動量和自旋維度直接關聯存在確定的手性關系，從而不受非磁性雜質散射，具有新奇的物理特性和廣闊的應用前景。對拓撲表面態的調控一直以來都是領域熱點問題。我們利用掃描隧道顯微鏡，發現在拓撲絕緣體Bi2Te2Se表面態形成的朗道能級的能量位置在施加樣品偏壓控制下發生移動，移動的程度對偏壓有記憶效應，從而提供了一種全新的調控拓撲表面態的途徑。

3. 對單分子磁體自旋劈裂分子軌道的實空間觀測【Nat. Comm. 3, 953 (2012)】

將單分子磁體應用到分子自旋電子學中所面臨的關鍵問題是如何理解并控制分子和磁性電極間的相互作用。而理解它們之間界面的信息需要明確分子的吸附構型和參與輸運的分子軌道的自旋特征。我們在銥(111)表面通過分子束外延生長制備出鈷磁性納米島，利用自旋極化掃描隧道顯微鏡首次在實空間觀測到了吸附在鈷納米島上的單分子磁體TbPc2的自旋劈裂分子軌道，并通過自旋極化掃描隧道譜直接測量到了最低未占據分子軌道自旋劈裂的大小。

4. 基于單分子磁體的手性分子開關【Nano Lett. 8, 3931 (2012)】

分子開關可以用于分子電子學中的單分子信息存儲器件。同時，分子的手性既在生物系統中發揮著重要的基礎作用又具有在非對稱催化過程中的應用價值。盡管多種分子開關已經被發掘，但是伴隨手性變化的分子開關還從未報導。我們利用掃描隧道顯微鏡，發現了吸附在銥(111)表面的單分子磁體TbPc2的分子開關特性，并且在不同開關態轉換時體現出新奇的分子手性變化。通過向TbPc2分子施加不同的偏壓脈沖和探針操縱可以有效地控制分子在左手性態、右手性態以及非手性態之間轉換。該工作不僅首次開發了手性分子開關，而且為下一步研究處于不同開關態的單分子磁體的磁性變化打好了基礎。

5. 近藤共振峰在RKKY交換作用下的劈裂及其自旋分辨測量【Phys. Rev. Lett. 108，087203 (2012)】

當近藤效應與磁性耦合相互作用競爭時，其自旋簡并度解除，近藤共振峰會相應地發生劈裂。盡管理論上預言劈裂的近藤共振峰是完全自旋極化的，但是實驗上從未得到驗證。我們設計了一個近藤系統檢驗理論預測，在磁性鐵納米島上面制備出只有三個原子單層厚度的鉛薄膜。由于鉛薄膜的厚度很小，磁性襯底可以通過鉛薄膜中的傳導電子與表面吸附的酞菁錳分子發生RKKY交換相互作用，導致分子的近藤峰劈裂；進一步利用自旋極化掃描隧道譜首次直接觀測并確定了劈裂近藤峰的自旋取向，并且由此確定出磁交換相互作用的類型。該工作不僅提供了一種通過調控磁性耦合來操縱單自旋的新途徑，而且還提供了一種可以在單分子尺度上獲取完全自旋極化的電流的方法，并且與現有的技術兼容，具有非常吸引人的應用前景。

6.利用自旋翻轉非彈性隧道譜探測分子的充電狀態【Phys. Rev. Lett. 103，257202 (2009)】

單電子充電是納米體系中的一項重要現象。對單個原子和分子的充放電操控可以實現原子尺度的單電子存儲，控制分子體系中的電子輸運等。由于充電態與磁性直接相關，我們利用掃描隧道顯微鏡的自旋翻轉非彈性隧道譜探測到了分子帶電后磁性狀態的變化，從而在國際上首次實現了對充電態的直接表征。我們在原子級平整的鉛納米島表面制備出酞菁鈷分子單晶多層膜。在針尖和樣品間加偏壓的同時，調控針尖的高度使分子的鏡像電勢發生變化，由此可以調控其帶電狀態。我們通過自旋翻轉非彈性隧道譜探測到了不同層間分子形成的一維反鐵磁鏈磁能級分布的構型發生變化。我們還進一步改變分子鏈的長度，在不同層厚的分子上測定其帶電后磁性能級的重新分布，得到了與Hubbard模型計算非常吻合的結果。

7. 利用自旋翻轉非彈性隧道譜探測分子的自旋態構型和超交換作用【Phys. Rev. Lett. 101，197208 （2008）】

分子磁性材料在自旋電子學和量子信息技術等領域具有重要的應用前景，但由于缺乏對自旋靈敏的實空間成像技術，目前人們對分子磁體中的磁關聯作用的研究主要依賴于模型計算。我們將尖端的自旋翻轉非彈性隧道譜技術拓展到分子磁性研究領域，在國際上首次直接探測到了分子磁體的自旋態構型和超交換作用的路徑。該工作提供了一種探測單原子/分子自旋態、分子磁體自旋態構型和超交換作用的靈敏方法，為研究有機分子的磁性開辟了一個全新的途徑。相關成果發表后受到多家網站廣泛報道。

8. 通過量子尺寸效應操控單分子的近藤效應 【Phys. Rev. Lett. 99, 256601 (2007)，selected as cover story】

近藤效應來源于傳導電子對局域磁矩的自旋屏蔽，其近藤溫度敏感地依賴于金屬費米面態密度以及局域磁矩與傳導電子交換作用的強度。我們利用分子束外延技術在硅(111)襯底上制備出原子級平整度的金屬鉛薄膜。通過改變薄膜的厚度，量子能級的分布會相應變化，使得鉛的費米面電子態密度隨薄膜厚度呈現振蕩行為，從而導致了薄膜厚度對吸附在鉛薄膜表面的單個酞菁錳磁性分子的近藤效應的調制。該工作通過精確控制納米結構的尺寸提供了一個技術上可行的調控單分子自旋的有效手段。相關成果后來被評選為中國真空學會優秀論文，被Nature China和 NPG Asia Materials作為亮點文章報道，并被收錄到兩本Springer系列專著中。 

論文專著：

已發表高質量SCI論文23篇（第一和通訊作者的文章11篇），其中包括第一作者的Nature Physics 1篇，Physical Review Letters 3篇, Nano Letters 1 篇和ACS Nano 1篇, 第二作者的Physical Review Letters 1篇和Nature Communications 1 篇。

[1] Liu, Zhen-Yu; Qiao, Shuang; Huang, Bing; Tang, Qiao-Yin; Ling, Zi-Heng; Zhang, Wen-Hao; Xia, Hui-Nan; Liao, Xin; Shi, Hu; Mao, Wen-Hao; Zhu, Gui-Lin; Lu, Jing-Tao; Fu, Ying-Shuang*.Charge Transfer Gap Tuning via Structural Distortion in Monolayer 1T-NbSe2.Nano Letters, 2021, 21(16): 7005-7011. 

[8] Liu, Zhen; Shang, Qiuyu; Li, Chun; Zhao, Liyun; Gao, Yan; Li, Qi; Chen, Jie; Zhang, Shuai; Liu, Xinfeng; Fu, Yingshuang*; Zhang, Qing*.Temperature-dependent photoluminescence and lasing properties of CsPbBr3 nanowires.Applied Physics Letters, 2019, 114(10): 101902. DOI: 10.1063/1.5082759 . 

[9] Xia, Huinan; Li, Yang; Cai, Min; Qin, Le; Zou, Nianlong; Peng, Lang; Duan, Wenhui; Xu, Yong*; Zhang, Wenhao*; Fu, Ying-Shuang*.Dimensional Crossover and Topological Phase Transition in Dirac Semimetal Na3Bi Films.ACS Nano, 2019, 13(8): 9647-9654.  DOI: 10.1021/acsnano.9b04933 . 

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[29] L. L. Wang; X. C. Ma; S. H. Ji; Yingshuang Fu; Q. T. Shen; J. F. Jia; K. F. Kelly; Q. K. Xue.Epitaxial growth and quantum well states study of Sn thin films on Sn induced Si(111)- (2sqrt(3)×2sqrt(3)) R30° surface.Physical Review B, 2008, 77(20): 205410.

[30] Chen, Xi; Fu, Ying-Shuang; Ji, Shuai-Hua; Zhang, Tong; Cheng, Peng; Ma, Xu-Cun; Zou, Xiao-Long; Duan, Wen-Hui; Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. Probing Superexchange Interaction in Molecular Magnets by Spin-Flip Spectroscopy and Microscopy. Physical Review Letters, 2008, 101(19): 197208. DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.197208 .

[31] Wang, Jian; Ma, Xu-Cun; Qi, Yun; Fu, Ying-Shuang; Ji, Shuai-Hua; Lu, Li;  Xie, X. C.; Jia, Jin-Feng; Chen, Xi; Xue, Qi-Kun. An unusual magnetoresistance effect in the heterojunction structure of an ultrathin single-crystal Pb film on silicon substrate. Nanotechnology, 2008, 19(47): 475708. DOI: 10.1088/0957-4484/19/47/475708 . 

[32] Qi, Yun; Ma, Xucun; Jiang, Peng; Ji, Shuaihua; Fu, Yingshuang; Jia, Jin-Feng); Xue, Qi-Kun; Zhang, S. B. Atomic-layer-resolved local work functions of Pb thin films and their dependence on quantum well states. Applied Physics Letters, 2007, 90(11): 113109.DOI: 10.1063/1.2403926 .

[33] Wang, Jian; Ma, Xu-Cun; Qi, Yun; Fu, Ying-Shuang; Ji, Shuai-Hua; Lu, Li;  Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. Negative magnetoresistance in fractal Pb thin films on Si(111). Applied Physics Letters, 2007, 90(1): 13109. DOI: 10.1063/1.2712511 .

[34] Qi, Yun;Yang, Weisheng; Ma, Xucun; Ji, Shuaihua; Fu, Yingshuang;  Zhang, Yanfeng; Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. A study of the surface structure of deposited Au on Pb film. Journal of Physics: Condensed Matter , 2007, 19(13): 136005. DOI: 10.1088/0953-8984/19/13/136005 .

[35] Fu, Ying-Shuang; Ji, Shuai-Hua; Chen, Xi; Ma, Xu-Cun;Wu, Rui; Wang, Chen-Chen; Duan, Wen-Hui; Qiu, Xiao-Hui; Sun, Bo; Zhang, Ping;Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. Manipulating the Kondo resonance through quantum size effects. Physical Review Letters, 2007, 99(25): 256601.DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.256601 .

[36] L. L. Wang; X. C. Ma; P. Jiang; Yingshuang Fu; S. H. Ji; J. F. Jia; Q. K. Xue.Surface morphologies of Pb thin films on Si(111).Journal of Physics: Condensed Matter , 2007, 19(30): 306002.

[37] L.L.Wang; X.C. Ma; P. Jiang; Yingshuang Fu; S.H. Ji; J.F. Jia; Q.K. Xue.Uniform Pb nanowires of magic thickness on Si(111) controlled by elastic interaction and quantum size effects.Physical Review B, 2006, 74(7): 73404.

[38] Zhang, Zhimo; Nie, Jinhua; Zhang, Zhihao; Yuan, Yuan; Fu, Ying-Shuang*; Zhang, Wenhao*.Atomic Visualization and Switching of Ferroelectric Order in beta-In2Se3 Films at the Single Layer Limit.Advanced Materials, 2106951.

華中科技大學姚凱倫、付英雙兩位教授到物電學院講學

2014年12月18日，華中科技大學姚凱倫教授和付英雙教授到物理與電子科學學院分別做了題為“有機固體的量子性和多鐵性”以及“低維系統中的自旋量子物理的研究”的報告。

姚凱倫教授長期從事有機和無機磁性材料的理論研究，在SCI期刊上發表論文400多篇，在有機物的磁性和無機物的多鐵性研究方面有很深的造詣。而付英雙教授則主要從事新奇量子材料和納米尺度的量子調控等當今前沿凝聚態物理的熱點問題的研究，是國家青年QR計劃人才。姚教授先介紹了華中科技大學物理學院和教育部強磁場實驗室的基本情況，歡迎同學們積極報考該單位的研究生，然后介紹了有機固體中的磁性和多鐵性的相關理論和應用。付英雙教授則結合當前自旋量子物理方面的研究熱點做了報告。最后兩位教授就相關的學術問題和考研問題回答了老師和學生的提問。

本次報告拓展了老師和學生視野，讓參加的師生們了解了有機固體中的磁性和多鐵性的起源以及當前自旋量子物理方面的最新進展。

來源：物理電子與科學學院 2014-12

學術榮譽：

2015    優秀青年科學基金獲得者。

2017    重大科學研究計劃項目首席科學家。

2019    華中學者。

曾獲榮譽：

2019 科普工作積極分子。

2016 華中科技大學-中科院物理所青年科學家論壇成果展示獎。

2016 華中科技大學十大科技新星獎。

2015 華中科技大學本科生優秀教師班主任。

2015 日本理化學研究所學術成果獎。

2014年，中央組織部第十批QR計劃（青年QR項目）。

2011年，日本理化學研究所國際特別研究員獎學金。

2008年，中國真空學會優秀論文獎。

2007年，中科院物理研究所所長獎學金優秀獎。

2007年，中國真空學會優秀論文獎。

2006年，中科院物理研究所年度優秀研究生。

在人們眼里，物理學研究工作者是一群神秘的“極客”，他們崇尚理性思考、努力拼搏。在華中大校園里，也有這么一位“極客”，他就是物理學院博士生導師付英雙教授。

剛過而立之年的付英雙曾為德國漢堡大學應用物理研究所博士后、日本理化學研究所國際特別研究員，今年又入選國家“青年QR計劃”，并受到優先資助。

今年9月，國際頂級物理期刊《自然物理學》(Nature Physics)上發表了付英雙關于聚態物理領域內拓撲絕緣體的論文。研究成果發現，拓撲絕緣體是一種內部不導電但有一層導電表面態的絕緣體，它的電子自旋和軌道運動成垂直耦合。原則上說該絕緣體可以沒有任何阻礙地傳導電流，其拓撲性表現在導電性與材料的具體性質無關。

拓撲絕緣體呈現出很奇異的量子物理特性，這種性質不僅包括可以沒有任何阻礙地傳導電流，還可以觀測到新奇的磁電耦合現象，比如反常量子霍爾效應、磁單極子等。將其與超導體結合則有助于研究具有很強糾錯能力的量子計算。

基于此，付英雙與日本研究人員合作發明了一套方法：利用拓撲絕緣體表面雜質電勢，使得拓撲表面態的朗道波函數退簡并，并第一次觀測到了雙分量的狄拉克朗道波函數，預言由于雜質電勢的影響導致電子產生了新的自旋構型，揭示了一種可能實現自旋調控的方法。

“當理論預言的物理現象或者符合理論假設的數據真正顯示在實驗里時，你會發現這些被推導出的物理規律是真切存在的，這令人非常興奮。”付英雙說，有時實驗可能走在理論的前方，不能夠被理論所解釋，這時就需要自己去總結出理論。

在美劇《生活大爆炸》中，演員謝爾頓和萊納德總是因為理論和實驗爭論抬杠。而付英雙卻認為“理論和實驗就像一個人的兩條腿”，二者是相輔相成、互促互進的。

“我非常希望能夠與每個想和我共同做科研的學生聊一聊。”

對于付英雙來說，他總是想把豐富的科研、生活經歷分享給自己的學生。“研究生們應該多關注學術前沿，并把熱點方向作為自己選擇研究方向的重要參考。”

在選擇學校時，一些“準研究生”總會在選擇研究所還是選擇大學之間搖擺不定。因為導師工作調動的原因，付英雙在研究所和大學都有科研經歷。作為一個過來人，他建議同學們在選擇時，應該更多的關注導師及研究方向，明確自己想要什么，不要為外界所動搖，并為之持久努力。

“我希望我的學生能有吃苦精神和合作精神，并且對物理概念有清楚了解，同時懂得上進。”付英雙說，“現在有些年輕人比較浮躁，認為學歷只是就業的工具，而忽視研究生階段最基本的科研素質的培養”。他認為，只要明白自己真的要做什么，要得到什么，靜下心來，努力進取，理想總會實現。

        來源:《華中科技大學周報》 2014年第11期