劉伍明

男，湖南人，中國科學院物理所研究員，博士生導師，國家傑出青年基金獲得者，973項目首席科學家，物理所凝聚態理論與材料計算實驗室副主任。

基本介紹

• 中文名：劉伍明
• 國籍：中國
• 民族：漢
• 出生地：湖南
• 職業：研究員
• 主要成就：國家傑出青年基金獲得者，國家重點基礎研究發展計畫首席科學家

個人簡介

2002 年至今任中國科學院物理所研究員，博士生導師，國家傑出青年基金獲得者，國家重點基礎研究發展計畫（亦稱973計畫）首席科學家。

1994 年獲中國科學院金屬所博士學位 （導師周本濂院士），並獲1994 年在《科學引文索引》（SCI）收錄的雜誌上發表論文數全國第3名和中國科學院院長獎學金特別獎。1994 年至 1996 年在中國科學院物理所做博士後 （合作導師蒲富恪院士）。1996 年至 1998 年在中國科學院理論物理所任副研究員。1998 年至 2000 年在美國Texas 大學 Austin 分校物理系任Research Scientist。2000 年至 2002 年在美國Delaware 大學 Bartol 研究所任 Research Scientist。

曾在美國 Los Alamos 國家實驗室、Oak Ridge 國家實驗室、加州大學 Berkeley 數學所、加州大學 Santa Barbara 理論物理所、Pennsylvania 大學數學系、Duke 大學數學系、Utah 大學物理系，加拿大 Toronto 大學物理系，法國 Laue-Langevin 研究所，西班牙CSIC 物理所，香港大學物理系訪問並開展合作研究。

研究方向

1、原子分子物理和量子光學理論：

1.1. 超冷原子、玻色－愛因斯坦凝聚、BEC－BCS 交叉和多體玻色子系統理論；原子光學和原子雷射理論。

1.2. 微腔及微腔陣列的量子電動力學、多體效應、量子相變。

2、量子信息和量子計算理論：

2.1. 固體量子信息理論；

2.2. 固體量子計算理論。

3、凝聚態理論：

3.1. 自旋電子材料和自旋電子學理論；

3.2. 自旋－軌道耦合和自旋 Hall 效應；

3.3. 強關聯繫統及無序系統理論。

4、統計物理和數學物理：

4.1. 非平衡態統計物理和統計物理可積模型；

4.2. 非線性可積模型。

科研成果

原子分子物理和量子光學理論

主要是研究雷射冷卻原子分子、超冷原子分子、玻色－愛因斯坦凝聚、費米子凝聚、BEC－BCS 交叉、多體玻色子和費米子系統、物質波、原子光學和原子雷射理論，研究了兩個或多個玻色—愛因斯坦凝聚體的干涉（Phys．Rev．Lett．84，2294 （2000）），光格子中玻色－愛因斯坦凝聚體的量子隧穿包括 Landau－Zener 隧穿及 Wannier－Stark 隧穿（Phys．Rev．Lett．88，170408 （2002）），外勢作用下原子相互作用參數隨時間變化的玻色－愛因斯坦凝聚體中的孤子（Phys．Rev．Lett．94，050402 （2005）），光學微腔陣列中極化光子的量子磁性動力學（Phys．Rev．Lett．99，183602 （2007）），旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的分數渦旋和渦旋晶格動力學（Phys．Rev．Lett．101，010402 （2008）），微腔極化凝聚體的光子 Josephson 效應（Phys．Rev．Lett．102，023602 （2009）），雙光學勢中兩個旋量玻色－愛因斯坦凝聚體之間的非 Abelian Josephson 效應（Phys. Rev. Lett. 102,185301 （2009））；外場驅動下兩分量玻色－愛因斯坦凝聚體的相對位相（Phys．Rev．A 64，015602 （2001）），光格子中多體玻色子系統的量子相變（Phys．Rev．A 68，043605 （2003）），光格子中旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的孤子（Phys．Rev．A 69，053609 （2004）），光格子中偶極玻色子的超流－Mott 絕緣體相變（Phys．Rev．A 70，045602 （2004）），光格子中具有偶極相互作用的玻色－愛因斯坦凝聚體的非線性動力學（Phys．Rev．A 71，025601 （2005）），光格子中兩分量玻色－愛因斯坦凝聚體的持續流（Phys．Rev．A 71，053608 （2005）），光格子中旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的動力學（Phys．Rev．A 71，053611 （2005）），旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的精確孤子解和調製不穩定性（Phys．Rev．A 72，033611 （2005）），兩分量玻色－愛因斯坦凝聚體的具有平面波背景的精確解（Phys．Rev．E 73，066610 （2006）），光格子中冷原子的磁性量子相變（Phys．Rev．A 76,043618 （2007）），同步控制 Feshbach 共振和簡諧勢調控玻色－愛因斯坦凝聚體的孤子（Phys．Rev．A 77,023613 （2008）），包含雙阱中冷原子的微腔的量子電動力學（Phys. Rev. A 77,033620 （2008）），排斥拋物合成勢中具有隨時間變化的散射長度的玻色－愛因斯坦凝聚體的孤子（Phys. Rev. A 78,023608 （2008）），光格子中玻色－愛因斯坦凝聚體空間局域能隙孤子的穩定性（Phys. Rev. E 78,026606 （2008）），光學微腔中冷原子 Josephson 結的動力學（Phys. Rev. A 78,043618 （2008）），具有可以調控相互作用的兩類玻色－愛因斯坦凝聚體矢量孤子的形成和轉換（Phys. Rev. A 79,013423 （2009）），具有調製相互作用的二維玻色－愛因斯坦凝聚體環狀孤子的動力學和調製（Phys. Rev. A 79,023619 （2009）），與單模微腔耦合的玻色－愛因斯坦凝聚體的非線性動力學（Phys. Rev. A 78,033401 （2009）），簡諧勢中具有調製相互作用的二分量玻色－愛因斯坦凝聚體矢量孤子（Phys. Rev. A 79,033630 （2009）），旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的相干雙色光締合：單自旋及混合自旋情況（Phys. Rev. A 79,045601 （2009）），具有微腔傳輸譜的旋量玻色－愛因斯坦凝聚體的基態及探測（Phys. Rev. A 80,in press （2009））。

量子信息和量子計算理論

主要是研究以固體材料作為器件的量子信息和量子計算理論，研究了含時磁場驅動下各向異性 XYZ 模型中的量子糾纏控制（Phys．Rev．A 74，052105 （2006）），一般兩部分系統糾纏態的演化方程（Phys．Rev．A 79，024303 （2009）），協助和單配性約束的糾纏的限度（Phys. Rev. A 80,034301 （2009））。

凝聚態理論

3.1、磁學理論：主要是研究自旋電子材料和自旋電子學理論，建立了巡遊磁體中局域自旋磁矩模型和統一的磁學理論模型（Phys．Rev．Lett．83，207 （1999）），含時磁場驅動下具有雙軸各向異性鐵磁體的磁化強度非線性動力學（Phys．Rev．B 60，12893 （1999）），易平面鐵磁體中的疇壁相互作用（Phys．Rev．B 65，172416 （2002）），含時磁場驅動下自旋鏈中的非彈性孤子碰撞（Phys．Rev．E 68，036102 （2003）），具有自旋流的鐵磁體的磁化強度非線性動力學（Phys．Rev．E 69，066611 （2004）），具有自旋流的鐵磁性納米線的磁化強度非線性動力學（Phys．Rev．B 72，064410 （2005）），條紋結構金屬薄膜中自旋極化流誘導的疇壁共振（Phys．Rev．B 72，172411 （2005）），鐵磁性納米線中的自旋極化流（Phys．Rev．E 76,026605 （2007）），自旋極化磁性薄膜的鐵磁共振（Phys．Rev．B 78，054420 （2008）），具有雙軸各向異性鐵磁體的瞬子（Phys．Rev．B 79，014415 （2009））。

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3.2、納米材料理論：研究了具有無序的石墨片的局域性質和 Kosterlitz-Thouless 量子相變（Phys．Rev．Lett. 102，106401 （2009）），有機敷層納米粒子穩定性的熱力學模型（Phys．Rev．B 70，205419 （2004）），作為碳納米纖維催化劑的鎳的成核和熱力學（Phys．Rev．B 72，035453 （2005）），具有拓撲缺陷的石墨片的量子阻塞和環路電流（Phys．Rev．B 78，155413 （2008））。

3.3、半導體理論：主要是研究自旋－軌道耦合和自旋 Hall 效應、凝聚體系的場致局域化，研究了電場作用下 Bloch 電子的非線性動力學，發現精確解具有多頻率結構並且隨時間振盪，振盪頻率由外場決定，並找到了巨觀控制局域化與退局域化的條件（Phys．Rev．B 65，033102 （2002）），半導體微腔中激子發射的崩塌和恢復（Phys．Rev．A 70，013803 （2004）），室溫下低耗散的量子自旋流（Phys．Rev．B 72，045201 （2005））。

3.4、超導理論：主要是研究強關聯繫統及無序系統理論，研究了環形的 Josephson 結中渦旋的量子隧穿（Phys．Rev．B 72，014546 （2005））。

統計物理和數學物理

主要是利用 Riemann－Hilbert 方法、反散射方法等獲得了耦合非線性 Schrodinger 方程組、離散非線性 Schrodinger 方程、 Landau－Lifschitz 方程等可積和近可積系統的精確解、輻射解、長時間行為；利用 Bethe Ansatz 方法獲得了雙帶的費密－玻色子模型等可積系統的精確解和熱力學（Phys．Rev．E 73，026603 （2006）；Phys. Rev. E 74,036614 （2006））。

1991 年以來，已在美國物理學會主辦的《Physical Review》刊物上發表論文 120 篇，其中 Phys．Rev．Lett．12 篇。英文綜述文章 10 篇。
經國際檢索《科學引文索引》（SCI），自 1991 年以來發表的論文被SCI 引用 4000 多次，其中單篇被 SCI 論文引用超過 200 次的有 2 篇。代表性工作為：
關於外勢作用下原子相互作用參數隨時間變化的玻色－愛因斯坦凝聚體中孤子激發（Phys．Rev．Lett．94，050402 (2005)）的文章被 SCI 論文引用 250 次。
關於玻色—愛因斯坦凝聚體干涉（Phys．Rev．Lett．84，2294 (2000)）的文章被 SCI 論文引用 210 次。
關於光晶格中玻色－愛因斯坦凝聚體的量子隧穿（Phys．Rev．Lett．88，170408 (2002)）的文章被 SCI 論文引用 170 次。
關於巡遊磁體中局域自旋磁矩模型和統一的磁學理論模型（Phys．Rev．Lett．83，207 (1999)）的文章被 SCI 論文引用 100 次。

曾獲 2000 年中國人民解放軍科技進步獎一等獎。

曾獲 2004 年教育部科技進步獎二等獎。

曾獲 2005 年國家傑出青年基金。

發表論文

1. A. C. Ji,Q. Sun,X. C. Xie,W. M. Liu,

Photonic Josephson effects with cavity polariton condensates,

Phys. Rev. Lett. 102, 023602 （2009）.

2. Y. Y. Zhang,J. P. Hu,B. A. Bernevig,X. R. Wang,X. C. Xie,W. M. Liu,

Localization and Kosterlitz-Thouless transition in disordered graphene,

Phys. Rev. Lett. 102, 106401 （2009）.

3. R. Qi,X. L. Yu,Z. B. Li,W. M. Liu,

Non-Abelian Josephson effect between two spinor Bose-Einstein condensates in double optical trap,

Phys. Rev. Lett. 102, 185301 （2009）.

4. X. X. Liu,H. Pu,B. Xiong,W. M. Liu,J. B. Gong,

Formation and transformation of vector solitons in two species Bose-

Einstein condensates with tunable interaction,

Phys. Rev. A 79, 013423 （2009）.

5. Z. G. Li,S. M. Fei,Z. D. Wang,W. M. Liu,

Evolution equation of entanglement for generic bipartite systems,

Phys. Rev. A 79, 024303 （2009）.

6. X. H. Hu,X. F. Zhang,D. Zhao,H. G. Luo,W. M. Liu,

Dynamics and modulation of ring dark soliton in 2D Bose-Einstein

condensates with tunable interaction,

Phys. Rev. A 79, 023619 （2009）.

7. J. M. Zhang,F. C. Cui,D. L. Zhou,W. M. Liu,

Nonlinear dynamics of a cigar-shaped Bose-Einstein condensate coupled with a single cavity mode,

Phys. Rev. A 79, 033401 （2009）.

8. X. F. Zhang,X. H. Hu,X. X. Liu,W. M. Liu,

Vector solitons in two-component Bose-Einstein condensates with

tunable interactions and harmonic potential,

Phys. Rev. A 79, 033630 （2009）.

9. H. Jing,J. Fu,Z. Geng,W. M. Liu,

Coherent two-color photoassociation in a spinor-1 Bose-Einstein

condensate: Single-spin versus mixed-spin cases,

Phys. Rev. A 79, 045601 （2009）.

10. Z.G. Li,S.M. Fei,S. Albeverio,W.M. Liu,

Bound of entanglement of assistance and monogamy constraints,

Phys. Rev. A 80, 034301 （2009）.

11. J. M. Zhang,S. Cui,H. Jing,D. L. Zhou,W. M. Liu,

Probing the quantum ground state of a spin-1 Bose-Einstein

condensate with cavity transmission spectra,

Phys. Rev. A 80, 043263（2009）.

12. G. P. Zheng,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Instantons in a ferromagnetic spin chain with biaxial anisotropy,

Phys. Rev. B 79, 014415 （2009）.

13. A. C. Ji,W. M. Liu,J. L. Song,F. Zhou,

Dynamical creation of fractionalized vortices and vortex lattices,

Phys. Rev. Lett. 101, 010402 （2008）.

【SCI 引用 65 次】

14. J. M. Zhang,W. M. Liu,D. L. Zhou,

Cavity QED with cold atoms trapped in a double-well potential,

Phys. Rev. A 77,033620 （2008）.

【SCI 引用 40 次】

15. X. F. Zhang, Q. Yang, J. F. Zhang, X. Z. Chen, W. M. Liu,

Controlling soliton interaction in Bose-Einstein condensates by

synchronizing Feshbach resonance and harmonic trap,

Phys. Rev. A 77,023613 （2008）.

【SCI 引用 80 次】

16. B. Li,Y.Q. Li,Y. Chen,X. F. Zhang,W. M. Liu,

Solitons in Bose-Einstein Condensates with time-dependent atomic

scattering length in an expulsive parabolic and complex potential,

Phys. Rev. A 78, 023608 （2008）.

【SCI 引用 60 次】

17. J. M. Zhang, W. M. Liu, D. L. Zhou,

Mean field dynamics of a Bose Josephson junction in an optical cavity,

Phys. Rev. A 78, 043618 （2008）.

18. P. B. He, Z. D. Li, A. L. Pan, Q. Wan, Q. L. Zhang, R. X. Wang, Y. G.

Wang, W. M. Liu, B. S. Zou,

Theory of ferromagnetic resonance in magnetic trilayers with a

tilted spin polarizer,

Phys. Rev. B 78, 054420 （2008）.

19. Y. Y. Zhang,J.P. Hu,B.A. Bernevig,X. R. Wang,X. C. Xie,W. M. Liu,

Quantum blockades and loop currents in graphene with topological defects,

Phys. Rev. B 78,155413 （2008）.

20. D. L. Wang,X. H. Yan,W. M. Liu,

Stability of spatially localized gap solitons in a Bose-Einstein condensate in optical lattices,

Phys. Rev. E 78,026606 （2008）.

21. A. C. Ji,X. C. Xie,W. M. Liu,

Quantum magnetic dynamics of polarized light in arrays of microcavities,

Phys. Rev. Lett. 99,183602 （2007）.

【SCI 引用 60 次】

22. P. B. He,Q. Sun,P. Li,S. Q. Shen,W. M. Liu,

Magnetic quantum phase transition of cold atoms in an optical lattice,

Phys. Rev. A 76,043618 （2007）.

【SCI 引用 55 次】

23. Z. D. Li,Q. Y. Li,L. Li,W. M. Liu,

Soliton solution for the spin current in ferromagnetic nanowire,

Phys. Rev. E 76,026605 （2007）.

【SCI 引用 55 次】

24. A. Abliz, H. J. Gao, X. C. Xie, Y. S. Wu, W. M. Liu,

Entanglement control in an anisotropic two-qubit Heisenberg XYZ model with external magnetic fields,

Phys. Rev. A 74,052105 （2006）.

【SCI 引用 45 次】

25. E. Kengne,W. M. Liu,

Exact solutions of the derivative nonlinear Schrödinger equation for a nonlinear transmission line,

Phys. Rev. E 73,026603 （2006）.

【SCI 引用 30 次】

26. L. Li,B. A. Malomed,D. Mihalache,W. M. Liu,

Exact soliton-on-plane-wave solutions for two-component Bose-Einstein condensates,

Phys. Rev. E 73,066610 （2006）.

【SCI 引用 55 次】

27. E. Kengne,S. T. Chui,W. M. Liu,

Modulational instability criteria for coupled nonlinear transmission lines with dispersive element,

Phys. Rev. E 74,036614 （2006）.

【SCI 引用 25 次】

28. Z. X. Liang,Z. D. Zhang,W. M. Liu,

Dynamics of a bright soliton in Bose-Einstein condensates with time-dependent atomic scattering length in an expulsive parabolic potential,

Phys. Rev. Lett. 94,050402 （2005）.

【SCI 引用 250 次】

29. Z. W. Xie,Z. X. Cao,E. I. Kats,W. M. Liu,

Nonlinear dynamics of a dipolar Bose-Einstein condensate in optical lattice,

Phys. Rev. A 71,025601 （2005）.

【SCI 引用 30 次】

30. G. P. Zheng,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Phase diagram of two-species Bose-Einstein condensates in an optical lattice,

Phys. Rev. A 71,053608 （2005）.

【SCI 引用 35 次】

31. Z. D. Li,P. B. He,L. Li,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Magnetic soliton and soliton collisions of spinor Bose-Einstein condensates in an optical lattice,

Phys. Rev. A 71,053611 （2005）.

【SCI 引用 40 次】

32. L. Li,Z. D. Li,B. A. Malomed,D. Mihalache,W. M. Liu,

Exact soliton solutions and nonlinear modulation instability in spinor Bose-Einstein condensates,

Phys. Rev. A 72. 033611 （2005）.

【SCI 引用 55 次】

33. H. Li,S. Q. Shen,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Quantum dynamics of a vortex in a Josephson,

Phys. Rev. B 72. 014546 （2005）.

34. L. H. Liang,F. Liu,D. X. Shi,W. M. Liu,X. C. Xie,H. J. Gao,

Nucleation and reshaping thermodynamics of Ni as catalyst of carbon nanotubes,

Phy. Rev. B 72,035453 （2005）.

【SCI 引用 20 次】

35. Z. F. Jiang,R. D. Li,S. C. Zhang,W. M. Liu,

Semiclassical time evolution of the holes from Luttinger Hamiltonian,

Phys. Rev. B 72,045201 （2005）.

【SCI 引用 45 次】

36. P. B. He,W. M. Liu,

Nonlinear magnetization dynamics in a ferromagnetic nanowire with spin current,

Phy. Rev. B 72,064410 （2005）.

【SCI 引用 30 次】

37. P. B. He,X. C. Xie,W. M. Liu,

Domain-wall resonance induced by spin-polarized current in metal thin films with stripe structures,

Phy. Rev. B 72,172411 （2005）.

【SCI 引用 25 次】

38. Z. W. Xie,W. P. Zhang,S. T. Chui,W. M. Liu,

Magnetic solitons of spinor Bose-Einstein condensates in optical lattice,

Phys. Rev. A 69,053609 （2004）.

【SCI 引用 30 次】

39. G. R. Jin,W. M. Liu,

Collapses and revivals of exciton emission in a semiconductor microcavity: Detuning and phase-space filling effects,

Phys. Rev. A 70,013803 （2004）.

【SCI 引用 25 次】

40. Z. W. Xie,W. M. Liu,

Superfluid-Mott-insulator transition of dipolar bosons in optical lattice,

Phys. Rev. A 70,045602 （2004）.

【SCI 引用 25 次】

41. L. H. Liang,C. M. Shen,S. X. Du,W. M. Liu,X. C. Xie,H. J. Gao,

Increase in thermal stability induced by organic coatings on nanoparticles,

Phys. Rev. B 70,205419 （2004）.

【SCI 引用 20 次】

42. Z. D. Li,J. Q. Liang,L. Li,W. M. Liu,

Soliton solution of continuum magnetization equation in a conducting ferromagnet with a spin-polarized current,

Phys. Rev. E 69,066611 （2004）.

【SCI 引用 35 次】

43. J. J. Liang,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Quantum phase transition of condensed bosons in optical lattices,

Phys. Rev. A 68,043605 （2003）.

【SCI 引用 50 次】

44. Z. D. Li,L. Li,W. M. Liu,J. Q. Liang,T. Ziman,

Exact soliton solution and inelastic two-soliton collision in a spin chain driven by a time-dependent magnetic field,

Phys. Rev. E 68, 036102 （2003）.

【SCI 引用 30 次】

45. W. M. Liu,W. B. Fan,W. M. Zheng,J. Q. Liang,S. T. Chui,

Quantum tunneling of Bose-Einstein condesates in optical lattices under gravity,

Phys. Rev. Lett. 88, 170408 （2002）.

【SCI 引用 170 次】

46. W. M. Liu,J. Q. Liang,S. T. Chui,

Intrinsic localized states and nonlinear excitations of Bloch electrons in electric fields,

Phys. Rev. B 65, 033102 （2002）.

【SCI 引用 25 次】

47. W. M. Liu,B. Wu,X. Zhou,D. K. Campbell,Q. Niu,

Interacting domain walls in an easy plane ferromagnet,

Phys. Rev. B 65, 172416 （2002）.

【SCI 引用 30 次】

48. W. D. Li,X. J. Zhou,Y. Q. Wang,J. Q. Liang,W. M. Liu,

Time evolution of relative phase in two component Bose-Einstein condensates with a coupling drive,

Phys. Rev. A 64,015602 （2001）.

【SCI 引用 35 次】

49. W. M. Liu,B. Wu,Q. Niu,

Nonlinear effects in interference of Bose-Einstein condesates,

Phys. Rev. Lett. 84,2294 （2000).

【SCI 引用 210 次】

50. Q. Niu,X. D. Wang,L. Kleinman,W. M. Liu,D. M. C. Nicholson,G. M. Stocks,

Adiabatic dynamics of local spin moments in itinerant magnets,

Phys. Rev. Lett. 83,207 （1999）.

【SCI 引用 100 次】

51. W. M. Liu,W. S. Zhang,F. C. Pu,X. Zhou,

Nonlinear magnetization dynamics of the classical ferromagnet with two single-ion anisotropy in an external magnetic field,

Phys. Rev. B 60,12893 （1999）.

【SCI 引用 35 次】

研究課題

1. 國家重點基礎研究發展計畫（亦稱973計畫）《原子頻標物理與技術基礎》，開展玻色—愛因斯坦凝聚新物態的理論研究，對原子光學和原子雷射進行深入的理論研究，為實驗提出新的方向，為新器件的探索提供依據。

2.國家自然科學基金重大研究計畫《理論物理學及其交叉學科的若干前沿問題》，對自旋－軌道耦合、強關聯及無序系統進行理論研究，為解決包括自旋電子材料、高溫超導、受限小量子系統（例如量子點、納米碳管、光子晶體等）在內的新材料、新物態、新器件的發展和設計提供堅實的理論基礎。