2023年 Lee Osheroff Richardson 奖得主Xiaomeng Liu问答

2023年 Lee Osheroff Richardson 奖得主Xiaomeng Liu问答

我们采访了2023 年 Lee Osheroff Richardson 奖获得者Xiaomeng Liu，该奖旨在支持在北美和南美从事低温、强磁场或表面科学研究的年轻科学家。Xiaomeng讲述了获奖对他的意义，让他取得这一成就的研究，以及他预计接下来的研究计划。我们也非常高兴在APS三月会议上与Xiaomeng会面，并为他颁奖！

1.您获得Lee Osheroff Richardson奖有何感想？

我非常荣幸能进入获得LOR科学奖的科学家行列。我的研究主要内容是探索低温下简单材料体系中物质的奇异量子态，例如超流体。获得以He3超流体发现者David M. Lee、Douglas D. Osheroff和Robert C. Richardson命名的奖项，对我来说具有特殊的意义。我要对牛津仪器设立这个奖项以支持和表彰年轻科学家表示感谢，同时我也非常感谢我的导师和同事们在获得这一荣誉过程中提供的宝贵支持和指导。

当我的博士后导师Ali Yazdani博士向LOR奖提名推荐我时，我正在找工作。我在一次现场面试中途收到了获奖的消息，在寻找教职的艰难过程中，听闻这个消息对我来说是一个非常特别且难忘的时刻。除了获得被认可的喜悦之外，获得这个奖项也增强了我对未来学术生涯的乐观态度，尤其是在看到了曾经的获奖者所取得的卓越成就。

2. 您能向我们介绍一下您的研究吗？

我致力于开发创新的方法来研究二维材料及其范德华异质结构中的演生量子现象(emergent quantum phenomena)。演生现象是指当大量粒子聚集在一起时自发产生的新行为，类似于人类形成社会时出现的文化行为。二维材料为我们设计和构建材料提供了极大的灵活性以发现新的演生现象，为未来量子技术的发展铺平了道路。

在我攻读博士学位期间，我通过库仑耦合由薄绝缘体隔开的两个石墨烯层，设计了一种被称为激子凝聚态（exciton condensate）的超流体。两个石墨烯层之间耦合强度的可调节性使我们能够获得被称为BEC-BCS转换的重要范式。该框架以统一的方式囊括了所有费米子凝聚态的行为，并且与许多非常规超导体有关。在更强的磁场下，这种双层结构还使我们能够观察到具有奇异输运特性的新型分数量子霍尔效应。在另一种类型的异质结构中，两片双层石墨烯层扭转一定角度后直接堆叠在一起，我利用相邻原子层之间的摩尔纹图案来创建高度简并的能带，从而实现强关联量子态。
在我的博士后研究中，我致力于使用高分辨率成像技术，特别是扫描隧道显微镜（STM）加深我们对二维异质结构中演生现象的理解。我们研发了一些新的技术，可以对组装异质结构进行最先进的STM研究，阐明了摩尔纹材料和量子霍尔物理学中的几个迫切的问题。值得注意的是，我们已经对量子霍尔态中的朗道轨道和斯格明子激发等有趣的结构进行了成像。此外，我们实现了分数量子霍尔效应的首次STM测量，这为未来对奇异演生粒子（如任意子）成像提供了可能。

3. 在您的研究中，哪些是您特别引以为豪的？

我为自己能够产生创新的想法并将其转化为实验和发现而感到自豪。我在这个领域的研究之旅始于我研究生院第一年在学习量子场论时出现的一个原始想法。我的想法是将空穴掺杂的石墨烯放在电子掺杂的石墨烯旁边，这样空穴的库仑引力就可以诱导电子掺杂层中两个电子之间的配对，类似于以声子为媒介的库珀配对。这激发了我对在双层石墨烯异质结构中创造和调控超流性的持续研究。虽然我的努力肯定是建立在以前的重要工作之上的，但我仍为能够找到重要新发现的潜在机会而感到自豪。这样的故事在我对扭转两片双层石墨烯的研究和我对二维异质结构的STM实验中也不断出现。

4. 您的下一步研究是什么？

我希望在不久的将来建立自己的研究小组，主要专注于两个方向。第一是通过利用多种范德华异质结构来构造新物质的新量子态和量子器件。我对能够构建新型凝聚态和探索新的磁态（如自旋液体）的感到特别兴奋。我还对操纵这些范德华异质结构中的机械自由度感兴趣，并利用我们在各种平台上发现的凝聚态开发相干量子器件。

第二个方向是使用扫描隧道显微镜探测各种二维量子材料，包括石墨烯量子霍尔态、扭转石墨烯平台和各种半导体摩尔纹双层结构。这是一个未被开发的领域，具有巨大的潜力。我渴望解开电子关联性和超导性的本质，研究电子和自旋态，并发现奇异的演生粒子，如任意子。

5. 最后有什么想法？

虽然研究可能具有挑战性，但正如我在博士后前两年亲身经历的那样，它也可以非常地令人欣喜和充实，包括像这样的时刻。在获得这一荣誉的过程中，我非常感谢我的导师和同事们对我的大力支持，特别是来自Philip Kim博士、Bertrand Halperin博士、Ali Yazdani博士、Zeyu Hao、Cheng-li Chiu、Gelareh Farahi、J.I.A Li博士和Cory R. Dean博士的大力支持。此外，我非常感谢牛津仪器设立这个奖项，并感谢委员会对我工作的认可。

Lee Osheroff Richardson北美和拉丁美洲科学奖以David M. Lee、Douglas D. Osheroff和Robert C. Richardson的名字命名，他们因发现了³He的超流动性共同获得了1996年诺贝尔物理学奖。

他们于1970年代初在康奈尔大学的低温实验室开展了这项诺奖成果的研究，使用他们建造的设备来产生绝对零度以上的千分之几度的样品温度。他们的研究结果证明，氦同位素³He可以在仅高于绝对零度的千分之二度的温度下形成超流体。这一发现引发了对新量子液体特殊特性的深入研究。Lee、Osheroff 和 Richardson 还因此获得了 1976 年弗朗西斯·西蒙爵士纪念奖（英国物理研究所）和 1980 年奥利弗·巴克利固体物理学奖（美国物理学会）。

牛津仪器感谢 David M. Lee、Douglas D. Osheroff 和 Robert C. Richardson 允许以他们的名字命名该奖项。

Xiaomeng Liu

2023年 Lee Osheroff Richardson 奖得主