徐勇，男，1983年5月生。2005年7月獲清華大學物理學學士學位。2010年7月，獲清華大學物理學博士學位。2010年9月至2013年5月，在德國馬普學會從事博士后研究。2013年9月至2015年6月，在美國斯坦福大學從事研究學者工作。2015年6月至2018年12月任清華大學物理系助理教授，2018年12月至2021年6月任清華大學物理系副教授，2021年6月至今任清華大學物理系教授。2011年獲德國洪堡獎學金，2018年獲清華大學學術(shù)新人獎。

      教育經(jīng)歷：

2005-2010 清華大學高等研究院 博士

2001-2005 清華大學物理系 學士 

      工作經(jīng)歷：

2021-今 清華大學物理系 教授

2018-2021 清華大學物理系 副教授

2015-2018  清華大學物理系  助理教授

2015-今 日本理化研究所RIKEN   兼職研究員

2013-2015  斯坦福大學物理系  研究學者

2010-2013  德國馬普所  洪堡學者

 

徐勇 教授 

個人網(wǎng)頁： 

https://thu-cmt.group/professors/xuy.html 

http://cems.riken.jp/en/laboratory/cmfru

教學

第一性原理計算方法 

主要論著

Web of Science ResearcherID：

https://publons.com/researcher/2364833/yong-xu/

 

 

      研究領(lǐng)域

理論和計算凝聚態(tài)物理、拓撲量子物態(tài)、第一性原理材料計算與設(shè)計、AI+Science

 

發(fā)表英文部分論文：

1 Feng Xue*, Jiaheng Li, Yizhou Liu, Ruqian Wu, Yong Xu*, Wenhui Duan.Valley-dependent multiple quantum states and topological transitions in germanene-based ferromagnetic van der Waals heterostructures.PHYSICAL REVIEW B 109 (19) 2024 

2 Dezhao Wu, Meng Ye, Haowei Chen, Yong Xu & Wenhui Duan .Giant and controllable nonlinear magneto-optical effects in two-dimensional magnets.npj Computational Materials volume 10, Article number: 79 (2024)

3 He Li,*, Zechen Tang*, Jingheng Fu, Wen-Han Dong, Nianlong Zou, Xiaoxun Gong, Wenhui Duan, and Yong Xu,.Deep-Learning Density Functional Perturbation Theory.Phys. Rev. Lett. 132, 096401 – Published 28 February, 2024.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.096401

4 F. Michael Bartram, Meng Li, Liangyang Liu, Zhiming Xu, Yongchao Wang, Mengqian Che, Hao Li, Yang Wu, Yong Xu.Jinsong Zhang,Shuo Yang, Luyi Yang.Real-time observation of magnetization and magnon dynamics in a two- dimensional topological antiferromagnet MnBi₂Te₄.Science Bulletin 2023,68 (22):2734-2742 https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.10.003

5 Runfa Feng, Wei Wang, Changhua Bao, Zichun Zhang, Fei Wang, Hongyun Zhang, Junjie Yao, Yong Xu, Pu Yu, Shuai-Hua Ji, Chen Si, Shuyun Zhou.Selective Control of Phases and Electronic Structures of Monolayer TaTe₂.ADVANCED MATERIALS 36 (3):2302297 First published: 11 August 2023 https://doi.org/10.1002/adma.202302297

6 Haochen Zhang, Zhixuan Bi, Zehua Zhai, Han Gao, Yuwei Liu, Meiling Jin, Meng Ye, Xuanzhang Li, Haowen Liu, Yuegang Zhang, Xiang Li, Hairen Tan, Yong Xu, Luyi Yang.Revealing Unusual Bandgap Shifts with Temperature and Bandgap Renormalization Effect in Phase-Stabilized Metal Halide Perovskite Thin Films.First published: 27 November 2023 https://doi.org/10.1002/adfm.202302214      pdf

7 Sifan Ding, Xiaobin Chen, Yong Xu & Wenhui Duan ,The best thermoelectrics revisited in the quantum limit. npj computational materials ,Article number: 189 (2023) 

8 Haochen Zhang,Zehua Zhai,Zhixuan Bi,Han Gao,Meng Ye,Yong Xu,Hairen Tan,Luyi Yang*.Spin Coherence and Spin Relaxation in Hybrid Organic-Inorganic Lead and Mixed Lead-Tin Perovskites.Nano Letters,2023,23 (17):7914-7920

9 Xin-Yi Tang, Zhe Li,*, Feng Xue, Pengfei Ji, Zetao Zhang, Xiao Feng, Yong Xu, Quansheng Wu, and Ke He.Intrinsic and tunable quantum anomalous Hall effect and magnetic topological phases in XYBi₂Te₅.Phys. Rev. B 108, 075117 – Published 7 August, 2023.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.075117

10 Minghong Sui, Shuang Liu, Peng Wang, Nianlong Zou, Qing Dong, Miao Zhou, Shifeng Niu, Lei Yue, Zitong Zhao, Linlin Guo, Bo Liu, Ran Liu, Yong Xu,Zhen Yao, Bingbing Liu.High-pressure synthesis of fully sp2-hybridized polymeric nitrogen layer in potassium supernitride.Science Bulletin.Volume 68, Issue 14, 30 July 2023, Pages 1505-1513

      11 He Li#, Zechen Tang#, Xiaoxun Gong, Nianlong Zou, Wenhui Duan*, and Yong Xu*.Deep-learning electronic-structure calculation of magnetic superstructures.Nat. Comput. Sci. 3, 321-327 (2023).

12 Xiaoxun Gong#, He Li#, Nianlong Zou, Runzhang Xu, Wenhui Duan*, and Yong Xu*.General framework for E(3)-equivariant neural network representation of densityfunctional theory Hamiltonian.Nat. Commun. 14, 2848 (2023).

13 He Li#, Zun Wang#, Nianlong Zou#, Meng Ye, Runzhang Xu, Xiaoxun Gong, Wenhui Duan*, and Yong Xu*.Deep-learning density functional theory Hamiltonian for efficient ab initio electronic-structure calculation.Nat. Comput. Sci. 2, 367 (2022).

14 Zhiyuan Wen; Jiaheng Li; Ziqiang Wang; Yong Xu*; Jing Zhu*.Soft-mode-phonon-mediated insulator-superconductor transition in doped two-dimensional topological insulator RuC.. Applied. Physics. Letters. 121(1), 013102 (2022).https://doi.org/10.1063/5.0095044

15 Yang Li#, Jiaheng Li#, Yang Li, Meng Ye, Fawei Zheng, Zetao Zhang, Jingheng Fu, Wenhui Duan*, and Yong Xu*.High-Temperature Quantum Anomalous Hall Insulators in Lithium-Decorated Iron-Based Superconductor Materials.Phys. Rev. Lett. 125, 086401 (2020).

16 Joseph Falson, Yong Xu, Menghan Liao, Yunyi Zang, Kejing Zhu, Chong Wang, Zetao Zhang, Hongchao Liu, Wenhui Duan, Ke He, Haiwen Liu*, Jurgen H. Smet*, Ding Zhang*, Qi-Kun Xue.Type-II Ising Pairing in Few-Layer Stanene.Science 367, 1454 (2020).

17 Chang Liu#, Yongchao Wang#, Hao Li#, Yang Wu, Yaoxin Li, Jiaheng Li, Ke He,Yong Xu*,Jinsong Zhang*, and Yayu Wang*.Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator.Nature Materials,2020,19(5):522–527 

18 Jiaheng Li, Yang Li, Shiqiao Du, Zun Wang, Bing-Lin Gu, Shou-Cheng Zhang, Ke He*, Wenhui Duan*, and Yong Xu*.Intrinsic magnetic topological insulators in van der Waals layered MnBi₂Te₄-family materials.Science Advances,2019,5(6): eaaw5685.DOI: 10.1126/sciadv.aaw5685

19 Chong Wang#, Biao Lian#, Xiaomi Guo, Jiahao Mao, Zetao Zhang, Ding Zhang, Bing-Lin Gu,Yong Xu*, and Wenhui Duan.Type-II Ising superconductivity in two-dimensional materials with spin-orbit coupling.Phys. Rev. Lett. 123, 126402 (2019).

20 Y. J. Chen,*, L. X. Xu,*, J. H. Li,*, Y. W. Li*, H. Y. Wang, C. F. Zhang, H. Li, Y. Wu, A. J. Liang, Yong Xu ,et al.Topological Electronic Structure and Its Temperature Evolution in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi₂Te₄.Phys. Rev. X 9, 041040 – Published 21 November, 2019.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.041040

21 Yan Gong (龔演), Jingwen Guo (郭景文), Jiaheng Li (李佳恒), Kejing Zhu (朱科靜), Menghan Liao (廖孟涵), Xiaozhi Liu (劉效治), Qinghua Zhang (張慶華), Lin Gu (谷林), Lin Tang (唐林), Xiao Feng (馮硝), Ding Zhang (張定), Wei Li (李渭), Canli Song (宋燦立), Lili Wang (王立莉), Pu Yu (于浦), Xi Chen (陳曦), Yayu Wang (王亞愚), Hong Yao (姚宏), Wenhui Duan (段文暉), Yong Xu (徐勇), Shou-Cheng Zhang (張首晟), Xucun Ma (馬旭村), Qi-Kun Xue (薛其坤) and Ke He (何珂).Experimental Realization of an Intrinsic Magnetic Topological Insulator.  Chinese Phys. Lett. 2019,36(7):076801. DOI 10.1088/0256-307X/36/7/076801

22 Jialiang Deng#, Bingyu Xia#, Xiaochuan Ma#, Haoqi Chen, Huan Shan, Xiaofang Zhai, Bin Li, Aidi Zhao*,Yong Xu*, Wenhui Duan, Shoucheng Zhang, Bing Wang*, and J. G. Hou.Epitaxial growth of ultraflat stanene with topological band inversion.Nature Mater. 17, 1081 (2018).

23 Yunyi Zang, Tian Jiang, Yan Gong, Zhaoyong Guan, Chong Liu, Menghan Liao, Kejing Zhu, Zhe Li, Lili Wang, Wei Li, Canli Song, Ding Zhang,Yong Xu*, Ke He*, Xucun Ma, Shou-Cheng Zhang, and Qi-Kun Xue.Realizing an Epitaxial Decorated Stanene with an Insulating Bandgap.Adv. Funct. Mater. 28, 1802723 (2018).

24 Jian Gou#, Bingyu Xia#, Hang Li#, Xuguang Wang, Longjuan Kong, Peng Cheng, Hui Li, Weifeng Zhang, Tian Qian, Hong Ding,Yong Xu*, Wenhui Duan, Kehui Wu*, and Lan Chen*.Binary two-dimensional honeycomb lattice with strong spin-orbit coupling and electron-hole asymmetry.Phys. Rev. Lett. 121, 126801 (2018).

25 Menghan Liao#, Yunyi Zang#, Zhaoyong Guan, Yan Gong, Kejing Zhu, Ding Zhang*,Yong Xu*, Ke He, Xu-Cun Ma, Shou-Cheng Zhang, and Qi-Kun Xue*.Superconductivity in Few-Layer Stanene.Nature Phys. 14, 344 (2018).

26 Yizhou Liu, Chao-Sheng Lian, Yang Li,Yong Xu*, and Wenhui Duan*.Pseudospins and topological effects of phonons in a Kekule lattice.Phys. Rev. Lett. 119, 255901 (2017).

27 Alessandro Molle, Joshua Goldberger, Michel Houssa,Yong Xu, Shou-Cheng Zhang, and Deji Akinwande.Buckled Two-dimensional Xene sheets.Nature Materials volume,2017, 16 (2):163–169.

28 Ning Xu, Yong Xu & Jia Zhu .Topological insulators for thermoelectrics. npj Quantum Materials volume 2, Article number: 51 (2017)

29 Fengfeng Zhu#, Wei-Jiong Chen#,Yong Xu#, Chun-Lei Gao, Dan-Dan Guan, Canhua Liu, Dong Qian*, Shou-Cheng Zhang, Jin-Feng Jia*.Epitaxial Growth of Two-Dimensional Stanene.Nature Materials ,2015, 14 (10) :1020-1025

30 Yong Xu, Zhongxue Gan, Shou-Cheng Zhang.Enhanced Thermoelectric Performance and Anomalous Seebeck Effects in Topological Insulators.Phys. Rev. Lett. 112, 226801 (2014).DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.226801

31 Hongtao Yuan, Xinqiang Wang, Biao Lian, Haijun Zhang, Xianfa Fang, Bo Shen, Gang Xu,Yong Xu, Shou-Cheng Zhang, Harold Y. Hwang*, Yi Cui*..Generation and Electric Control of Spin-Valley-Coupled Circular Photogalvanic Current in WSe₂.Nature Nanotechnology，2014， 9 (10)：851-857

32 Haijun Zhang,Yong Xu, Jing Wang, Shou-Cheng Zhang.Quantum Spin Hall and Quantum Anomalous Hall States Realized in Junction Quantum Wells.Phys. Rev. Lett. 112, 216803 (2014).

33 Haijun Zhang, Jing Wang, Gang Xu,Yong Xu, Shou-Cheng Zhang.Topological States in Ferromagnetic CdO/EuO Superlattices and Quantum Wells Phys. Rev. Lett. 112, 096804 (2014).

34 Yong Xu*, Zuanyi Li*, Wenhui Duan*. Thermal and Thermoelectric Properties of Graphene。Small 10, 2182 (2014).

35 Jing Wang, Biao Lian, Haijun Zhang,Yong Xu, Shou-Cheng Zhang.Quantum Anomalous Hall Effect with Higher Plateaus.Phys. Rev. Lett. 111, 136801 (2013).

36 Yong Xu*, Oliver T. Hofmann, Raphael Schlesinger, Stefanie Winkler, Johannes Frisch, Jens Niederhausen, Antje Vollmer, Sylke Blumstengel, Fritz Henneberger, Norbert Koch, Patrick Rinke, Matthias Scheffler.Space-charge transfer in hybrid inorganic/organic systems.Phys. Rev. Lett. 111, 226802 (2013).

37  Yong Xu, Binghai Yan, Hai-Jun Zhang, Jing Wang, Gang Xu, Peizhe Tang, Wenhui Duan, Shou-Cheng Zhang.Large-gap quantum spin Hall insulators in tin films.Phys. Rev. Lett. 111, 136804 (2013).DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.136804 

38 Raphael Schlesinger, Yong Xu, Oliver T. Hofmann, Stefanie Winkler, Johannes Frisch, Jens Niederhausen, Antje Vollmer, Sylke Blumstengel, Fritz Henneberger et al.Controlling the work function of ZnO and the energy-level alignment at the interface to organic semiconductors with a molecular electron acceptor.Phys. Rev. B 87(15):155311 – Published 22 April, 2013.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.155311 

39 Xiaobin Chen, Yong Xu,*, Xiaolong Zou, Bing-Lin Gu, and Wenhui Dua.Interfacial thermal conductance of partially unzipped carbon nanotubes: Linear scaling and exponential decay.Phys. Rev. B 87(15): 155438 – Published 30 April, 2013.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.155438 

40 Huaqing Huang, Yong Xu,*, Xiaolong Zou, Jian Wu, and Wenhui Duan,†.Tuning thermal conduction via extended defects in graphene.Phys. Rev. B 87(20): 205415 – Published 9 May, 2013.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.205415 

41 Nikolaj Moll, Yong Xu, Oliver T Hofmann and Patrick Rinke.Stabilization of semiconductor surfaces through bulk dopants.New Journal of Physics, Volume 15, August 2013.Citation Nikolaj Moll et al 2013 New J. Phys. 15 083009 DOI 10.1088/1367-2630/15/8/083009 

42 Hongqin Zhu, Yong Xu, Bing-Lin Gu and Wenhui Duan.Robust linear dependence of thermal conductance on radial strain in carbon nanotubes.New Journal of Physics, Volume 14, January 2012.DOI 10.1088/1367-2630/14/1/013053 

43 Yi-Lin Wang, Yong Xu, Ye-Ping Jiang, Jun-Wei Liu, Cui-Zu Chang, Mu Chen, Zhi Li, Can-Li Song, Li-Li Wang et al.Structural defects and electronic properties of the Cu-doped topological insulator Bi2Se3.Phys. Rev. B 84(7), 075335 – Published 17 August, 2011 

44 Yong Xu, Xiaobin Chen, Jian-Sheng Wang, Bing-Lin Gu, and Wenhui Duan,*.Thermal transport in graphene junctions and quantum dots.Phys. Rev. B 81, 195425 – Published.2010,81(19)  20 May, 2010.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.195425 

45 Yong Xu; Xiaobin Chen; Bing-Lin Gu; Wenhui Duan .Intrinsic anisotropy of thermal conductance in graphene nanoribbons.Appl. Phys. Lett. 95, 233116 (2009).https://doi.org/10.1063/1.3272678

46 Kota Tomatsu, Kan Nakatsuji, Masamichi Yamada, and Fumio Komori*,Binghai Yan, Chiyung Yam, and Thomas Frauenheim,Yong Xu and Wenhui Duan.Local Vibrational Excitation through Extended Electronic States at a Germanium Surface.Phys. Rev. Lett. 103(26):266102 – Published 21 December, 2009.DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.266102 

47 Yong Xu, Jian-Sheng Wang, Wenhui Duan*, Bing-Lin Gu, and Baowen Li,.Nonequilibrium Green's function method for phonon-phonon interactions and ballistic-diffusive thermal transport.  Phys. Rev. B 78, 224303 – Published 4 December, 2008 .DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.224303

獎勵、榮譽

1、2011-2013 德國洪堡學者。

2、2018 學術(shù)新人獎 清華大學。

3、2020 國家杰出青年科學基金。

3、2024 榮獲2023-2024年度中國物理學會葉企孫物理獎。

  

徐勇：凝聚態(tài)物理世界的“漂亮推導”

 

在徐勇看來，清華大學是他生命中的重要轉(zhuǎn)折點。他來自湖南益陽一個普通的農(nóng)村家庭，從初中開始寄宿，高中在當?shù)財?shù)一數(shù)二的“苦學校”一心苦讀，最終圓夢清華。

清華帶給徐勇的既有開啟科研之旅的機遇，也有高手如云環(huán)境下奮發(fā)圖強的壓力，“感覺自己來清華以后比高三時還累，但回想過去那些艱苦中奮斗的日子，總是感到輕松而愉悅。”就像他熱衷的理論推導一樣，過程循序漸進，結(jié)果水到渠成，他用勤奮與智慧演繹著凝聚態(tài)物理世界的“漂亮推導”。

扎根熱與電的園地

人們總是賦予清華學子太多的光環(huán)，然而徐勇并不諱言，本科畢業(yè)前夕他也曾迷茫過，當時兩個班的同學有一半轉(zhuǎn)行金融業(yè)，一邊是繁華熱鬧的商業(yè)街，一邊是寂寞冷清的科研路，何去何從？徐勇說：“我從小就喜歡物理，在物理世界中，掌握了基本原理就可以進行無限的推導，有時用一個簡單的方程就可以描述一個世界，整個推導過程看起來很漂亮。”憑著對理論推導的熱愛，他不忘初心，選擇了科研漫漫征途。

在清華大學高等研究院讀研期間，徐勇師從中國科學院院士顧秉林，研究量子熱輸運的理論計算方法。高研規(guī)模雖不大，但是有開放自由的學術(shù)環(huán)境。除了研究量子熱輸運，徐勇還對第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算感興趣。熱與電的研究是相通的，徐勇有研究電的背景，所以在熱的領(lǐng)域也有很多等待他開墾的“園地”。

熱輸運是凝聚態(tài)物理和材料科學最重要的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一。雖然經(jīng)典理論適用于宏觀體系，但為了在原子層描述和理解熱輸運的量子行為還需要發(fā)展新的理論方法。這對鐘情理論推導的徐勇來說就像一片新開發(fā)的沃土，他在博士期間獨立地發(fā)展了一套基于第一性原理的非平衡格林函數(shù)方法，用于模擬實驗材料和器件中聲子的量子運輸，并實現(xiàn)了該方法的Fortran編程，基于第一性原理計算和非平衡格林函數(shù)方法，徐勇在熱與電這片沃土上盡情耕耘。

清華大學是徐勇開展科學研究的起點，但不是終點。獲得博士學位后，徐勇來到了德國馬普學會Fritz-Haber研究所從事博士后工作研究，并獲得了洪堡獎學金，受到德國總統(tǒng)接見。這個德國最早成立的研究所之一有著傳統(tǒng)的科學思維訓練系統(tǒng)，要求學者對科研一絲不茍，發(fā)表一篇論文往往需要修改六七十次，具體到文章中的某一句話該如何表達都有嚴格要求。

在Fritz-Haber研究所，徐勇的工作以深入的基礎(chǔ)研究為主，發(fā)表的論文寥寥無幾，他坦言這是人生比較壓抑的時期，“在那里將近3年的時間并沒有發(fā)表多少研究論文，但是一個人在成長過程中會遇到各種不順，關(guān)鍵是遇到挫折的時候能夠堅持下去。”這段經(jīng)歷為徐勇之后的研究奠定了扎實的基礎(chǔ)。

隨后，徐勇到美國斯坦福大學跟隨張首晟教授從事拓撲絕緣體和熱電材料的相關(guān)研究。美國的學術(shù)氛圍非常活躍，交流過程中很容易碰撞出好的想法，加之在德國受到的一套系統(tǒng)的學術(shù)思維訓練使徐勇在熱與電的領(lǐng)域內(nèi)游刃有余，他發(fā)表的多篇論文獲得了業(yè)界的廣泛認同。

發(fā)現(xiàn)新型拓撲材料

20世紀60年代，摩爾提出了著名的摩爾定律，即集成電路的芯片密度每兩年翻一番。隨著集成電路集成度的增加，器件尺寸日益變小，器件單位面積消耗的功率成指數(shù)增長，產(chǎn)生的焦耳熱也越來越多，這部分焦耳熱如果不能有效地散發(fā)出去，便會極大地影響電子器件的穩(wěn)定運行，所以解決大規(guī)模集成電路的功耗和散熱問題顯得尤為重要。解決該問題有很多途徑，徐勇介紹說，一種是設(shè)計低能耗電子器件，第二種是在熱輸運的控制中尋找散熱性能好的新型材料，第三種是開發(fā)新能源。他關(guān)注這三方面的研究，并取得了一些成績。

什么是低能耗電子器件？徐勇打了一個形象的比喻：電子在電場下的運動就像開車，雜亂無章的交通路段會降低車速。對電子而言，運動路徑上的障礙（對應于材料中缺陷和雜質(zhì)）越多，電子越需要迂回繞行以躲避路障，電阻就會越大；如果導電通道內(nèi)的電子都朝一個方向走，那么，這樣的到點通道就像是電子的高速公路，電阻小，耗散低。很長一段時間內(nèi)，人們一直在努力尋找室溫下無耗散的導電通道，以期實現(xiàn)無需低溫冷卻的零電阻導電。

拓撲絕緣體是一類具有絕緣體態(tài)和受拓撲保護的金屬邊界態(tài)的新型量子材料，在無耗散導電領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。2006～2007年期間，張首晟教授發(fā)現(xiàn)二維拓撲絕緣體支持量子自旋霍爾效應，它們的邊沿態(tài)因受拓撲保護而無背散射，很有希望應用于零電阻電子輸運。2013年，徐勇在此基礎(chǔ)上預言了一種名為stanene（錫烯）的新型拓撲材料，它由單原子層的錫構(gòu)成，它的邊沿態(tài)在室溫下可以實現(xiàn)量子自旋霍爾效應。作為一類新型的量子自旋霍爾絕緣體，stanene及其相關(guān)材料具有很多優(yōu)點：它們的體能隙相當大，支持室溫下的各種實際應用，通過化學修飾和外應力可以有效調(diào)控量子自旋霍爾態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)有利于設(shè)計更快、更有效的微芯片。

有關(guān)stanene的預測一經(jīng)發(fā)表便被Scientific American、Nature News和其他雜志廣泛報道，德國、中國以及Stanford和UCLA的實驗室隨即展開了相關(guān)實驗。2015年8月，他與上海交通大學的賈金峰和錢冬組合作，首次在實驗中生長出單層stanene結(jié)構(gòu)，該成果發(fā)表在Nature Materials雜志上，掀起了stanene研究的熱潮。

提高拓撲絕緣材料的熱電效率

每一個科學家都有一顆樸素的報國心，他們希望自己的科研成果能夠有用武之地，特別是那些關(guān)系國計民生的重要領(lǐng)域，徐勇也如此，他對能源和環(huán)境問題尤其關(guān)心。

相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，汽車能源消耗的70%以熱能的形式耗散掉，如果將這些能量轉(zhuǎn)化為電能加以回收利用，可以極大地緩解當前的能源危機。美國10年前計劃用熱電回收汽車尾氣，現(xiàn)在已接近投入商業(yè)化生產(chǎn)階段，預計可將汽車燃油效率提高10%。

熱電材料是一種功能材料，它可以利用溫度差產(chǎn)生電壓，從而用于廢熱回收；它也可以將電流轉(zhuǎn)化成熱流，用于制冷。顯然，熱電材料的使用可以為能源和環(huán)境問題做出重大貢獻，尋找高性能的熱電材料一直是材料科學追求的目標，但熱電材料目前存在的最大問題是效率不高。熱電材料的效率主要取決于品質(zhì)因子ZT，目前世界上ZT值為1的記錄至今已經(jīng)保持了幾十年。徐勇提到，如果能把ZT值提高到3～4，熱電材料就可以為傳統(tǒng)電器行業(yè)帶來革命性影響。

“拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)給熱電研究帶來了新的發(fā)展契機，因為許多拓撲絕緣體本身即是很好的熱電材料。”一直以來，ZT被認為是熱電材料的本征屬性，所以ZT值的改變很困難。然而，徐勇通過研究發(fā)現(xiàn)，與通常的材料不一樣，拓撲絕緣體的ZT并不是熱電材料的本征屬性，它可以依賴幾何尺寸發(fā)生改變，傳統(tǒng)的ZT定義因此不再適用，他重新給出了一個廣義的ZT定義。

在新的ZT定義基礎(chǔ)上，徐勇提出，優(yōu)化拓撲絕緣材料的幾何尺寸可以顯著改善拓撲絕緣體的ZT。由于非磁性雜質(zhì)與無序可以極大地散射聲子而幾乎不影響邊界電子態(tài)輸運，拓撲絕緣體完美地實現(xiàn)了“電子晶體-聲子玻璃態(tài)”，從而得到極高的ZT（>4）。他以stanene為例，預言通過優(yōu)化stanene的幾何尺寸，在stanene的納米帶體系中可實現(xiàn)大于3或4的ZT值。徐勇的這些發(fā)現(xiàn)為熱電科學與技術(shù)指明了新的發(fā)展方向，為提高拓撲材料的熱電效率提供了新的思路，引起了國內(nèi)外同行的極大興趣。

在徐勇的科研長途中，每一個階段都有它獨特的意義。中學時代的艱苦條件歷練了徐勇勤奮刻苦的求學品質(zhì)，清華時代的不懈努力成就了徐勇生命中的重要轉(zhuǎn)折，德國系統(tǒng)的科研思維培養(yǎng)了徐勇精益求精的治學精神，美國傳統(tǒng)的實用理念催生了他位列國際前沿的累累碩果。

如今，他入選第十一批“青年QR計劃”回國，這一次同樣是在清華，他將再次開啟人生中一段新的旅程。 

來源：科學中國人 2016年第1期