付英双 华中科技大学物理学院教授、博士生导师

付英双，男，1981年出生，华中科技大学物理学院教授、博士生导师、科技部重点研发计划大科学装置前沿研究项目首席科学家。2003年毕业于山东师范大学物理学院（物理学学士）；2008年于中国科学院物理研究所获凝聚态物理博士学位，导师薛其坤院士；2008年到2011年，在德国汉堡大学应用物理研究所做博士后；2011年到2014年在日本理化学研究所任国际特别研究员。2014年受聘为华中科技大学物理学院教授、博士生导师，现任凝聚态物理研究所副所长、强磁场物理研究所副所长和物理学院实验中心副主任。长期从事拓扑量子材料和低维量子材料的控制生长、电子结构和物理性质的研究，具体包括：（1）拓扑量子物态的调控和自旋特性；（2）低维量子体系中的关联效应、磁性和超导物理研究；（3）谷电子学材料的制备和电子结构性质表征。迄今在Nature Physics、Nature Communications、Physical Review X、Physical Review Letters、Nano Letters、ACS Nano等重要国际物理期刊上发表论文四十余篇。相关论文被Science、Nature及子刊、Physical Review Letters等期刊多次正面引用，多次在重要国内国际学术会议上做邀请报告，是Nature 子刊系列、Science子刊、Physics Review系列、 ACS Nano等国际著名SCI学术期刊的审稿人。

研究方向：拓扑量子物态、低维体系的电子结构性质、单自旋态尺度量子调控。主要研究手段包括分子束外延、扫描隧道显微学。

教育及工作经历：

2003年毕业于山东师范大学物理学院（物理学学士）。

2008年毕业于中国科学院物理研究所（凝聚态物理博士），导师薛其坤院士。

2008年到2011年，在德国汉堡大学应用物理研究所做博士后，合作导师Roland Wiesendanger院士。

2011年到2014年在日本理化学研究所任国际特别研究员，合作导师Testuo Hanaguri教授。

2014年入选国家QR计划（青年QR项目），并受到优先资助。

2014年起受聘为华中科技大学物理学院教授、博士生导师。

学术兼职：

1、ACS Nano、Scientific Reports等国际著名SCI学术期刊的独立审稿人。 

主讲课程：

资料更新中……

招生招聘情况：

拟每年招收研究生（包括直博生、博士生和硕士生）2-3名；欢迎具有物理，化学或材料专业背景的同学报考。

我们的课题组刚组建，诚邀具有表面低维凝聚态物理或低温物理等相关研究背景、进取团结的优秀研究人员加入团队；拟招聘专职研究人员（包括教授、副教授、讲师）和博士后若干名。

培养研究生情况：

资料更新中……

研究方向：

量子材料和纳米结构体系的控制生长和物理性质研究。

具体包括：

1 拓扑绝缘体表面态的调控和自旋特性。

2 低维量子体系中的磁性和超导物理研究。

3 谷电子学材料的制备和物理性质表征。

承担科研项目情况：

资料更新中……

科研成果：

1. 狄拉克波函数两分量特性的揭示【Nat. Phys., in press 】

无质量的狄拉克电子体系是前沿凝聚态物理中的研究热点。与常规电子不同，狄拉克电子的运动需要用两分量波函数来描述。在拓扑表面态中，该两分量波函数对应电子自旋。因此，对其波函数的观测可以为拓扑表面态的自旋调控提供新的思路。我们利用极低温强磁场扫描隧道谱，通过测量拓扑绝缘体Bi2Se3表面态的朗道能级对局域杂质电势的响应；并结合模型计算，发现该两分量特性可以从受电势影响而退简并的朗道能级中体现出来。我们还进一步预测伴随电势变化会在实空间出现新奇的自旋构形。该工作提供了一种对拓扑表面态自旋进行量子操控的崭新平台，将会对拓扑物理和自旋电子学产生重要影响。

2. 拓扑绝缘体表面态在偏压控制下的记忆效应【ACS Nano 7， 4105（2013）】

拓扑绝缘体是一种新型的量子材料，其表面态电子没有质量，并且其动量和自旋维度直接关联存在确定的手性关系，从而不受非磁性杂质散射，具有新奇的物理特性和广阔的应用前景。对拓扑表面态的调控一直以来都是领域热点问题。我们利用扫描隧道显微镜，发现在拓扑绝缘体Bi2Te2Se表面态形成的朗道能级的能量位置在施加样品偏压控制下发生移动，移动的程度对偏压有记忆效应，从而提供了一种全新的调控拓扑表面态的途径。

3. 对单分子磁体自旋劈裂分子轨道的实空间观测【Nat. Comm. 3, 953 (2012)】

将单分子磁体应用到分子自旋电子学中所面临的关键问题是如何理解并控制分子和磁性电极间的相互作用。而理解它们之间界面的信息需要明确分子的吸附构型和参与输运的分子轨道的自旋特征。我们在铱(111)表面通过分子束外延生长制备出钴磁性纳米岛，利用自旋极化扫描隧道显微镜首次在实空间观测到了吸附在钴纳米岛上的单分子磁体TbPc2的自旋劈裂分子轨道，并通过自旋极化扫描隧道谱直接测量到了最低未占据分子轨道自旋劈裂的大小。

4. 基于单分子磁体的手性分子开关【Nano Lett. 8, 3931 (2012)】

分子开关可以用于分子电子学中的单分子信息存储器件。同时，分子的手性既在生物系统中发挥着重要的基础作用又具有在非对称催化过程中的应用价值。尽管多种分子开关已经被发掘，但是伴随手性变化的分子开关还从未报导。我们利用扫描隧道显微镜，发现了吸附在铱(111)表面的单分子磁体TbPc2的分子开关特性，并且在不同开关态转换时体现出新奇的分子手性变化。通过向TbPc2分子施加不同的偏压脉冲和探针操纵可以有效地控制分子在左手性态、右手性态以及非手性态之间转换。该工作不仅首次开发了手性分子开关，而且为下一步研究处于不同开关态的单分子磁体的磁性变化打好了基础。

5. 近藤共振峰在RKKY交换作用下的劈裂及其自旋分辨测量【Phys. Rev. Lett. 108，087203 (2012)】

当近藤效应与磁性耦合相互作用竞争时，其自旋简并度解除，近藤共振峰会相应地发生劈裂。尽管理论上预言劈裂的近藤共振峰是完全自旋极化的，但是实验上从未得到验证。我们设计了一个近藤系统检验理论预测，在磁性铁纳米岛上面制备出只有三个原子单层厚度的铅薄膜。由于铅薄膜的厚度很小，磁性衬底可以通过铅薄膜中的传导电子与表面吸附的酞菁锰分子发生RKKY交换相互作用，导致分子的近藤峰劈裂；进一步利用自旋极化扫描隧道谱首次直接观测并确定了劈裂近藤峰的自旋取向，并且由此确定出磁交换相互作用的类型。该工作不仅提供了一种通过调控磁性耦合来操纵单自旋的新途径，而且还提供了一种可以在单分子尺度上获取完全自旋极化的电流的方法，并且与现有的技术兼容，具有非常吸引人的应用前景。

6.利用自旋翻转非弹性隧道谱探测分子的充电状态【Phys. Rev. Lett. 103，257202 (2009)】

单电子充电是纳米体系中的一项重要现象。对单个原子和分子的充放电操控可以实现原子尺度的单电子存储，控制分子体系中的电子输运等。由于充电态与磁性直接相关，我们利用扫描隧道显微镜的自旋翻转非弹性隧道谱探测到了分子带电后磁性状态的变化，从而在国际上首次实现了对充电态的直接表征。我们在原子级平整的铅纳米岛表面制备出酞菁钴分子单晶多层膜。在针尖和样品间加偏压的同时，调控针尖的高度使分子的镜像电势发生变化，由此可以调控其带电状态。我们通过自旋翻转非弹性隧道谱探测到了不同层间分子形成的一维反铁磁链磁能级分布的构型发生变化。我们还进一步改变分子链的长度，在不同层厚的分子上测定其带电后磁性能级的重新分布，得到了与Hubbard模型计算非常吻合的结果。

7. 利用自旋翻转非弹性隧道谱探测分子的自旋态构型和超交换作用【Phys. Rev. Lett. 101，197208 （2008）】

分子磁性材料在自旋电子学和量子信息技术等领域具有重要的应用前景，但由于缺乏对自旋灵敏的实空间成像技术，目前人们对分子磁体中的磁关联作用的研究主要依赖于模型计算。我们将尖端的自旋翻转非弹性隧道谱技术拓展到分子磁性研究领域，在国际上首次直接探测到了分子磁体的自旋态构型和超交换作用的路径。该工作提供了一种探测单原子/分子自旋态、分子磁体自旋态构型和超交换作用的灵敏方法，为研究有机分子的磁性开辟了一个全新的途径。相关成果发表后受到多家网站广泛报道。

8. 通过量子尺寸效应操控单分子的近藤效应 【Phys. Rev. Lett. 99, 256601 (2007)，selected as cover story】

近藤效应来源于传导电子对局域磁矩的自旋屏蔽，其近藤温度敏感地依赖于金属费米面态密度以及局域磁矩与传导电子交换作用的强度。我们利用分子束外延技术在硅(111)衬底上制备出原子级平整度的金属铅薄膜。通过改变薄膜的厚度，量子能级的分布会相应变化，使得铅的费米面电子态密度随薄膜厚度呈现振荡行为，从而导致了薄膜厚度对吸附在铅薄膜表面的单个酞菁锰磁性分子的近藤效应的调制。该工作通过精确控制纳米结构的尺寸提供了一个技术上可行的调控单分子自旋的有效手段。相关成果后来被评选为中国真空学会优秀论文，被Nature China和 NPG Asia Materials作为亮点文章报道，并被收录到两本Springer系列专著中。 

论文专著：

已发表高质量SCI论文23篇（第一和通讯作者的文章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 . 

[11] Peng, Lang; Qiao, Jingsi; Xian, Jing-Jing; Pan, Yuhao; Ji, Wei; Zhang, Wenhao; Fu, Ying-Shuang.Unusual Electronic States and Superconducting Proximity Effect of Bi Films Modulated by a NbSe2 Substrate.ACS Nano, 2019, 13(2): 1885-1892. DOI: 10.1021/acsnano.8b08051 .

[12] Yuan, Yuan; Yang, Xing; Peng, Lang; Wang, Zhi-Jun; Li, Jian; Yi, Chang-Jiang; Xian, Jing-Jing; Shi, You-Guo; Fu, Ying-Shuang*.Quasiparticle interference of Fermi arc states in the type-II Weyl semimetal candidate WTe2.Physical Review B, 2018, 97(16): 165435. DOI: 10.1103/PhysRevB.97.165435 .

[13] Liu, Zhen; Li, Chun; Shang, Qiu-Yu; Zhao, Li-Yun; Zhong, Yang-Guang;  Gao, Yan; Du, Wen-Na; Mi, Yang; Chen, Jie; Zhang, Shuai; Liu, Xin-Feng; Fu, Ying-Shuang; Zhang, Qing. Research progress of low-dimensional metal halide perovskites for lasing applications. CHINESE PHYSICS B 27, 114209 (2018) DOI: 10.1088/1674-1056/27/11/114209 .

[14] Peng, Lang; Xian, Jing-Jing; Tang, Peizhe*; Rubio, Angel; Zhang, Shou-Cheng; Zhang, Wenhao*; Fu, Ying-Shuang*.Visualizing topological edge states of single and double bilayer Bi supported on multibilayer Bi(111) fi lms.Physical Review B, 2018, 98(24): 245108.DOI: 10.1103/PhysRevB.98.245108 .

[15] Peng, Lang; Yuan, Yuan; Li, Gang*; Yang, Xing; Xian, Jing-Jing; Yi, Chang-Jiang; Shi, You-Guo; Fu, Ying-Shuang*.Observation of topological states residing at step edges of WTe2.Nature Communications, 2017, 8: 659.DOI: 10.1038/s41467-017-00745-8 .

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[20] Ying-Shuang Fu; T. Hanaguri; S. Yamamoto; K. Igarashi; H. Takaagi; T. Sasagawa.Memory Effect in a Topological Surface State of Bi2Te2Se.ACS Nano, 2013, 7(5): 4105-4110. DOI: 10.1021/nn400378f . 

[21] Fu, Ying-Shuang; Xue, Qi-Kun; Wiesendanger, Roland. Spin-Resolved Splitting of Kondo Resonances in the Presence of RKKY-Type Coupling.Physical Review Letters, 2012, 108(8): 087203. DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.087203 .

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[24]  Wang, Jian;  Ma, Xu-Cun;  Qi, Yun;  Ji, Shuai-Hua;  Fu, Ying-Shuang; Lu, Li;  Jin, Ai-Zi;  Gu, Chang-Zhi;  Xie, X. C.;  Tian, Ming-Liang;  Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. Dissipation in an ultrathin superconducting single-crystal Pb nanobridge. Journal of Applied Physics, 2009, 106(3): 34301.DOI: 10.1063/1.3187908 .

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[26]  Wang, Jian;  Ma, Xucun;  Ji, Shuaihua;  Qi, Yun;  Fu, Yingshuang;  Jin, Aizi;  Lu, Li;  Gu, Changzhi;  Xie, X. C.;  Tian, Mingliang;  Jia, Jinfeng;  Xue, Qikun. Magnetoresistance Oscillations of Ultrathin Pb Bridges. Nano Research, 2009, 2(9): 671-677.DOI: 10.1007/s12274-009-9070-3 .

[27] Fu, Ying-Shuang; Zhang, Tong; Ji, Shuai-Hua; Chen, Xi; Ma, Xu-Cun;Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun. Identifying Charge States of Molecules with Spin-Flip Spectroscopy. Physical Review Letters, 2009, 103(25): 257202. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.257202.

[28] Ji, Shuai-Hua; Zhang, Tong; Fu, Ying-Shuang; Chen, Xi; Ma, Xu-Cun;Li, Jia; Duan, Wen-Hui; Jia, Jin-Feng; Xue, Qi-Kun..High-resolution scanning tunneling spectroscopy of magnetic impurity induced bound states in the superconducting gap of Pb thin films. Physical Review Letters, 2008, 100(22): 226801. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.226801 .

[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.

华中科技大学姚凯伦、付英双两位教授到物电学院讲学

2014年12月18日，华中科技大学姚凯伦教授和付英双教授到物理与电子科学学院分别做了题为“有机固体的量子性和多铁性”以及“低维系统中的自旋量子物理的研究”的报告。

姚凯伦教授长期从事有机和无机磁性材料的理论研究，在SCI期刊上发表论文400多篇，在有机物的磁性和无机物的多铁性研究方面有很深的造诣。而付英双教授则主要从事新奇量子材料和纳米尺度的量子调控等当今前沿凝聚态物理的热点问题的研究，是国家青年QR计划人才。姚教授先介绍了华中科技大学物理学院和教育部强磁场实验室的基本情况，欢迎同学们积极报考该单位的研究生，然后介绍了有机固体中的磁性和多铁性的相关理论和应用。付英双教授则结合当前自旋量子物理方面的研究热点做了报告。最后两位教授就相关的学术问题和考研问题回答了老师和学生的提问。

本次报告拓展了老师和学生视野，让参加的师生们了解了有机固体中的磁性和多铁性的起源以及当前自旋量子物理方面的最新进展。

来源：物理电子与科学学院 2014-12

学术荣誉：

2015    优秀青年科学基金获得者。

2017    重大科学研究计划项目首席科学家。

2019    华中学者。

曾获荣誉：

2019 科普工作积极分子。

2016 华中科技大学-中科院物理所青年科学家论坛成果展示奖。

2016 华中科技大学十大科技新星奖。

2015 华中科技大学本科生优秀教师班主任。

2015 日本理化学研究所学术成果奖。

2014年，中央组织部第十批QR计划（青年QR项目）。

2011年，日本理化学研究所国际特别研究员奖学金。

2008年，中国真空学会优秀论文奖。

2007年，中科院物理研究所所长奖学金优秀奖。

2007年，中国真空学会优秀论文奖。

2006年，中科院物理研究所年度优秀研究生。

在人们眼里，物理学研究工作者是一群神秘的“极客”，他们崇尚理性思考、努力拼搏。在华中大校园里，也有这么一位“极客”，他就是物理学院博士生导师付英双教授。

刚过而立之年的付英双曾为德国汉堡大学应用物理研究所博士后、日本理化学研究所国际特别研究员，今年又入选国家“青年QR计划”，并受到优先资助。

今年9月，国际顶级物理期刊《自然物理学》(Nature Physics)上发表了付英双关于聚态物理领域内拓扑绝缘体的论文。研究成果发现，拓扑绝缘体是一种内部不导电但有一层导电表面态的绝缘体，它的电子自旋和轨道运动成垂直耦合。原则上说该绝缘体可以没有任何阻碍地传导电流，其拓扑性表现在导电性与材料的具体性质无关。

拓扑绝缘体呈现出很奇异的量子物理特性，这种性质不仅包括可以没有任何阻碍地传导电流，还可以观测到新奇的磁电耦合现象，比如反常量子霍尔效应、磁单极子等。将其与超导体结合则有助于研究具有很强纠错能力的量子计算。

基于此，付英双与日本研究人员合作发明了一套方法：利用拓扑绝缘体表面杂质电势，使得拓扑表面态的朗道波函数退简并，并第一次观测到了双分量的狄拉克朗道波函数，预言由于杂质电势的影响导致电子产生了新的自旋构型，揭示了一种可能实现自旋调控的方法。

“当理论预言的物理现象或者符合理论假设的数据真正显示在实验里时，你会发现这些被推导出的物理规律是真切存在的，这令人非常兴奋。”付英双说，有时实验可能走在理论的前方，不能够被理论所解释，这时就需要自己去总结出理论。

在美剧《生活大爆炸》中，演员谢尔顿和莱纳德总是因为理论和实验争论抬杠。而付英双却认为“理论和实验就像一个人的两条腿”，二者是相辅相成、互促互进的。

“我非常希望能够与每个想和我共同做科研的学生聊一聊。”

对于付英双来说，他总是想把丰富的科研、生活经历分享给自己的学生。“研究生们应该多关注学术前沿，并把热点方向作为自己选择研究方向的重要参考。”

在选择学校时，一些“准研究生”总会在选择研究所还是选择大学之间摇摆不定。因为导师工作调动的原因，付英双在研究所和大学都有科研经历。作为一个过来人，他建议同学们在选择时，应该更多的关注导师及研究方向，明确自己想要什么，不要为外界所动摇，并为之持久努力。

“我希望我的学生能有吃苦精神和合作精神，并且对物理概念有清楚了解，同时懂得上进。”付英双说，“现在有些年轻人比较浮躁，认为学历只是就业的工具，而忽视研究生阶段最基本的科研素质的培养”。他认为，只要明白自己真的要做什么，要得到什么，静下心来，努力进取，理想总会实现。

        来源:《华中科技大学周报》 2014年第11期