简介：

2011年本科毕业于中国科学技术大学，2018年取得美国普渡大学（Purdue University）物理学博士学位，2018年6月至2020年11月在美国康奈尔大学（Cornell University）从事博士后研究。2020年12月加入中科院物理研究所，任特聘研究员，博士生导师。2021年担任科技部重点研发计划（青年项目）首席科学家。2023年起任纳米物理与器件实验室N08课题组“低维电子系统”组长。荣获“2023中国十大新锐科技人物”，2024年国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）C8青年科学家奖。

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主要研究方向：

关注低维电子体系中的新奇物性，研究内容涵盖：拓扑量子材料的电学输运性质；二维转角moiré超晶格结构中的强关联效应； 光学方法（如反射谱、荧光、磁光、拉曼等等）探测低维材料光学性质及相变；低温强磁场等极端条件下的物理性质。

过去的主要工作及获得的成果：

研究工作多次发表在国际知名杂志期刊，其中包括Nature (2)，Science，Nature Materials (4)，Nature Nanotechnology (3)，Nature Physics，PRX/PRL (4)，Nature Communications (2)，Science Advances等。相关成果多次被ScienceDaily、PhysicsToday等新闻媒体报道。

代表性工作有：

在拓扑材料的量子输运方面：

（1）首次实现体态几乎完全绝缘的三维拓扑绝缘体（基于BiSbTeSe₂）样品器件，并证实其表面态占优的导电特性可以持续到室温的条件下。同时首次在三维拓扑绝缘体中观测到由表面态产生的“半整数”量子霍尔效应，从输运的角度证实了其每个表面态具有单简并狄拉克锥的能带结构。具体内容参见Nature Physics 10, 956 (2014)。

（2）实现对三维拓扑绝缘体薄膜样品两个表面态的独立调控；并在较薄样品观测到两个表面态的耦合作用，和在平行场下巨大的负磁阻效应。详细内容参见Nature Communications 7, 11434 (2016)和 PRL 123, 207701 (2019)。

在moiré超晶格系统及光学测量方面：

（1）通过二维单层TMD材料中激子对周围电介质介电屏蔽敏感的特性，设计了一种用光学探测二维材料（如graphene或moiré超晶格体系等等）由态密度改变引起的介电常数变化的方法：“里德堡激子传感”。具体内容参见在Nature 587, 214 (2020)和Nature Materials 20, 645 (2021)。

（2）观测到WSe₂/WS₂ moiré超晶格系统中丰富的在分数填充（1/4，1/2，1/3，2/5等等）的强关联绝缘态，并提出对应的电子晶体排布结构，指出1/2和2/5等态自发性地破坏了晶格的旋转对称性，属于新型条状物态（stripe phase）。同时指出这些分数填充态有关于1/2态的对称性（如1/4与3/4，2/5与3/5等等）以及对称性被破坏的机理。相关文章发表在Nature 587, 214 (2020)。

（3）首次构建转角双层二维铁磁材料系统（基于CrI₃），实现铁磁-反铁磁共存的磁性基态，可能与形成摩尔周期性的磁畴有关。详细内容见Nature Nanotechnology (2021)。

（4）里德堡莫尔激子的实验发现：在与小角度转角石墨烯相邻的二维半导体WSe₂中，观测到了里德堡激子态的多重劈裂和显著的红移，与里德堡激子被莫尔势能所束缚，形成的强耦合态有关。详细内容见Science 380, 1367-1372 (2023)。

代表性论文及专利：

(*通讯作者，#共同一作)

         2023:

1. Qianying Hu#, Zhen Zhan#, Huiying Cui, Yalei Zhang, Feng Jin, Xuan Zhao, Mingjie Zhang, Zhichuan Wang, Qingming Zhang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Xuewei Cao, Wu-Ming Liu, Fengcheng Wu, Shengjun Yuan*, Yang Xu*,"Observation of Rydberg moiré excitons." Science 380, 1367-1372 (2023). 所新闻，央视新闻，人民网，Science公众号等。

   

2. Yonghe Liu#, Hanqi Pi#, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Genda Gu, Qiang Li, Hongming Weng, Quansheng Wu*, Yongqing Li*, Yang Xu*, "Gate-tunable multiband transport in ZrTe₅ thin devices." Nano Letters 23, 5334–5341 (2023).

   

3. Xuan Zhao#, Pengfei Shan#, Ningning Wang, Yunliang Li, Yang Xu*, Jinguang Cheng*, "Pressure tuning of optical reflectivity in LuH₂." Science Bulletin 68, 883-886 (2023).

   

4. Yawen Fang, Yang Xu, Kaifei Kang, Benyamin Davaji, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Amit Lal, Kin Fai Mak, Jie Shan, B. J. Ramshaw*, "Quantum Oscillations in Graphene Using Surface Acoustic Wave Resonators", Phys. Rev. Lett. 130, 246201 (2023).
5. Cheng Chen#, Yuling Yin#, Rencong Zhang#, Qinghong Yuan, Yang Xu, Yushuang Zhang, Jie Chen, Yan Zhang, Chang Li, Junyong Wang, Jie Li, Linfeng Fei, Qiang Yu, Zheng Zhou, Huisheng Zhang, Ruiqing Cheng, Zhuo Dong, Xiaohong Xu, Anlian Pan*, Kai Zhang*, Jun He*, "Growth of single-crystal black phosphorus and its alloy films through sustained feedstock release", Nature Materials 22, 717-724 (2023).
6. Xinyu Huang, Xu Han, Yunyun Dai, Xiaolong Xu, Jiahao Yan, Mengting Huang, Pengfei Ding, Decheng Zhang, Hui Chen, Vijay Laxmi, Xu Wu, Liwei Liu, Yeliang Wang*, Yang Xu*, and Yuan Huang*, "Recent progress on fabrication and flat-band physics in 2D transition metal dichalcogenides moiré superlattices." Journal of Semiconductors 44, 011901 (2023).
7. Yanhao Tang, Kaixiang Su, Lizhong Li, Yang Xu, Song Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Chao-Ming Jian, Cenke Xu, Kin Fai Mak*, Jie Shan, "Evidence of frustrated magnetic interactions in a Wigner–Mott insulator." Nature Nanotechnology 18, 233-237 (2023).
   
   2022:
    
8. Mingjie Zhang, Xuan Zhao, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Zheng Zhu, Fengcheng Wu, Yongqing Li, Yang Xu*, "Tuning Quantum Phase Transitions at Half Filling in 3L-MoTe₂/WSe₂ Moiré Superlattices." Physical Review X 12, 041015 (2022). 新闻稿

   

9. Honglei Feng, Gang Shi, Dayu Yan, Yong Li, Youguo Shi, Yang Xu, Peng Xiong, Yongqing Li*, "Spin filtering effect in intrinsic 2D magnetic semiconductor Cr₂Ge₂Te_6." Appl. Phys. Lett. 121, 142402 (2022).
10. Yang Xu*, Kaifei Kang, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kin Fai Mak*, Jie Shan*, "A tunable bilayer Hubbard model in twisted WSe₂." Nature Nanotechnology 17, 934-939 (2022). 新闻报道Nature Nanotechnology News & Views highlights.
11. Honglei Feng, Yong Li, Youguo Shi, Hong-Yi Xie, Yongqing Li, Yang Xu*, "Resistance anomaly and linear magnetoresistance in thin flakes of itinerant ferromagnet Fe₃GeTe₂", CPL Express Letters 39, 077501 (2022).
12. Yang Xu, Ariana Ray, Yu-Tsun Shao, Shengwei Jiang, Daniel Weber, Joshua E. Goldberger, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David A. Muller, Kin Fai Mak*, Jie Shan*, "Coexisting ferromagnetic–antiferromagnetic state in twisted bilayer CrI₃." Nature Nanotechnology 17, 143-147 (2022).
    
    2021：
     
13. Yang Xu, Connor Horn, Jiacheng Zhu, Yanhao Tang, Liguo Ma, Lizhong Li, Song Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James C. Hone, Jie Shan*, and Kin Fai Mak*, "Creation of moiré bands in a monolayer semiconductor by spatially periodic dielectric screening." Nature Materials 20, 645–649 (2021).
14. Chenhao Jin*, Zui Tao, Tingxin Li, Yang Xu, Yanhao Tang, Jiacheng Zhu, Song Liu, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James C. Hone, Liang Fu*, Jie Shan*, Kin Fai Mak*, "Stripe phases in WSe₂/WS₂ moiré superlattices." Nature Materials 20, 940–944 (2021).
    
    Before 2021：
     
15. Yang Xu*, Song Liu, Daniel A Rhodes, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Veit Elser*, Kin Fai Mak*, and Jie Shan*, "Correlated insulating states at fractional fillings of moiré superlattices." Nature 587, 214–218 (2020).
16. Yanhao Tang, Lizhong Li, Tingxin Li, Yang Xu, Song Liu, Katayun Barmak, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Allan H. MacDonald, Jie Shan*, and Kin Fai Mak*, "Simulation of Hubbard model physics in WSe₂/WS₂ moiré superlattices." Nature 579, 353-358 (2020).
17. Yang Xu, Guodong Jiang, Ireneusz Miotkowski, Rudro R. Biswas, and Yong P. Chen*, "Tuning insulator-semimetal transitions in thin 3D topological insulators by hybridization and in-plane magnetic fields." Physical Review Letters 123, 207701 (2019).
18. Tingxin Li, Shengwei Jiang, Nikhil Sivadas, Zefang Wang, Yang Xu, Daniel Weber, Joshua E. Goldberger, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Craig J. Fennie, Kin Fai Mak*, and Jie Shan*, "Pressure-controlled interlayer magnetism in atomically thin CrI₃." Nature Materials 18, 1303-1308 (2019).
19. Ting-Fung Chung^#, Yang Xu^#, and Yong P. Chen*, "Transport Measurements in Twisted Bilayer Graphene: Studies of Electron-Phonon Coupling and Landau Level Crossing." Physical Review B 98, 035425 (2018).
20. Yang Xu, Ireneusz Miotkowski, and Yong P. Chen*, "Quantum transport of two- species Dirac fermions in dual-gated three-dimensional topological insulators." Nature Communications 7, 11434 (2016).
21. Yang Xu, Ireneusz Miotkowski, Chang Liu, Jifa Tian, Hyoungdo Nam, Nasser Alidoust, Jiuning Hu, Chih-Kang Shih, M Zahid Hasan, and Yong P Chen*, "Observation of topological surface state quantum Hall effect in an intrinsic three- dimensional topological insulator." Nature Physics 10, 956-963 (2014).
22. Hui Zhang, Jin-Ho Choi, Yang Xu, Xiuxia Wang, Xiaofang Zhai, Bing Wang, Changgan Zeng*, Jun-Hyung Cho*, Zhenyu Zhang, and JianGuo Hou, "Atomic structure, energetics, and dynamics of topological solitons in indium chains on Si (111) surfaces." Physical Review Letters 106, 026801 (2011).

目前的研究课题及展望：

1. 在低维纳米器件制备方面：

• 干式转移法构筑低维材料范德瓦尔斯异质结复合结构，研究界面耦合和介电屏蔽效应。
• 转角同质或异质结摩尔超晶格体系制备，如转角石墨烯（如Fig.1），WS₂/WSe₂等。

Fig.1: “Tear-and-stack” method for fabricating twisted bilayer graphene.

2. 探测与调控摩尔超晶格体系中涌现出的对称性破缺和新奇关联电子物态，如电子晶体（Fig.2）、拓扑物态、超导、磁性等：

Fig.2: Electrons trapped by moiré potential and form generalized Wigner crystal states in a moiré superlattice at 1/2 and 1/3 fillings. The filling factor can be easily tuned by a gate voltage!

3. 拓扑量子材料的输运特性：

• 三维拓扑绝缘体与磁性材料、超导体的耦合效应。
• 新型拓扑材料如狄拉克或外尔半金属的输运性质。
• 量子材料中的贝利曲率（Berry curvature）效应。

Fig.3: 3D topological insulator BiSbTeSe₂ (BSTS) Hall Bar device and "half-integer" topological surface state quantum Hall effect.

培养研究生情况：

现培养学生：
赵绚（博三，Science Bulletin一作）
胡倩颖（博一，Science一作）
房家祺（博一）
王振雨（硕三）
刘耀天（硕一）
杜苏苾（硕一）

与李永庆老师联合培养：
张明杰（PRX一作），张仁聪（Nature Materials共一），崔慧颖；
刘永河（NanoLett一作，已毕业，2023）。

已毕业本科生（出国）：
张一驰（康奈尔大学，2022），周翔宇（新加坡国立，2023），肖江涵（加州大学伯克利分校，2023）。

每年拟招收研究生1-2人，对学生自主性有较高要求，欢迎邮件联系面试和来所参观。
每年拟招收一到两名优秀本科生做暑研和毕设。
拟招收有光学或器件制备背景的博士后一人。

其他联系方式：

电话：010-82648119

Google Scholar
 

Email：

yang.xu@iphy.ac.cn