馮萬祥，男，博士，北京理工大學副教授、博士生導師。
基本介紹
- 中文名：馮萬祥
- 學位/學歷：博士
- 職業：教師
- 專業方向：探索各種新奇“拓撲”材料及其相關物性
- 任職院校：北京理工大學
- 性別：男
個人經歷,主講課程,研究方向,學術成果,榮譽獎項,
個人經歷
2009.9 - 2012.6 中國科學院物理研究所 博士
2006.9 - 2009.6 吉林大學超硬材料國家重點實驗室 碩士
2002.9 - 2006.6 吉林大學物理學院 學士
2015.8 – 至今 北京理工大學物理學院 副教授
2012.7 – 2015.7 北京理工大學物理學院 講師
海外研究經歷：
2017.5 – 2019.4 德國於利希研究中心 洪堡訪問學者
2016.6 – 2016.8 台灣大學物理系 訪問學者
2015.3 – 2015.8 台灣大學物理系 訪問學者
2011.3 – 2012.3 美國橡樹嶺國家實驗室和田納西大學 訪問研究生
主講課程
多次主講本科生課程《大學物理》、研究生課程《超大規模計算物理與材料模擬》。
研究方向
主要研究方向是在發展第一性原理計算方法和程式的基礎上，探索各種新奇“拓撲”材料及其相關物性。具體的研究對象包括拓撲絕緣體、拓撲半金屬、手性反鐵磁、二維自旋軌道耦合材料等，關注的物性有反常/自旋霍爾效應、反常/自旋能斯特效應、反常熱霍爾效應、軌道霍爾效應、軌道能斯特效應、線性和非線性磁光效應等。
學術成果
主持和參與的科研項目：
1. 國家自然科學基金面上項目“自旋非共線反鐵磁中新奇磁光效應及其多場調控研究”（2019–2022），負責人
2. 國家自然科學基金面上項目“拓撲絕緣體新材料以及表面物性的第一性原理研究”（2014–2017），負責人
3. 教育部博士點新教師項目“Bi2Te3/BiTeI超晶格體系中拓撲表面態和巨Rashba自旋劈裂的第一性原理研究”（2014–2016），負責人
4. 北京理工大學優秀青年教師資助計畫（2013–2014），負責人
5. 科技部973子課題“低維體系中狄拉克費米子和新奇玻色子量子態的多場調控”（2014–2018），參與
學術貢獻
一、拓撲絕緣體研究
1. 國際上首次開發了普適計算Z2拓撲不變數的第一性原理程式
在第一性原理全勢線性綴加平面波框架下實現了對Z2拓撲不變數的普適計算[Comp. Phys. Comm. 183, 1849 (2012)]，即不需要考慮任何特殊的晶體對稱性（包括空間反演對稱性），只要給定材料的晶體結構和原子位置等參數就可以鑑別其電子結構的拓撲性質。利用這套程式，成功地預言了一系列三維Z2拓撲絕緣體（half-Heusler、黃銅礦、InSb）和二維Z2拓撲絕緣體（矽烯、鍺烯、Bi4Br4）。
2. 三維Z2拓撲絕緣體【理論預言已被實驗證實】
理論上預言half-Heusler [PRB 82, 235121 (2010); PRL 105, 096404 (2010)]和黃銅礦[PRL 106, 016402 (2011)]兩類化合物中存在大量三維Z2拓撲絕緣體。該系列工作發表以後立即引起同行的重視，這3篇文章已被他引400餘次（Web of Science），部分材料已被美國馬里蘭大學、波蘭科學院、中科院物理所、上海科技大學等研究組的實驗證實，美國科學院院士張首晟教授也在他的Rep. Prog. Phys.綜述文章中大篇幅引用了我們的工作。
3. 二維Z2拓撲絕緣體
與合作者一起在國際上首次提出類石墨烯體系的矽烯和鍺烯是二維Z2拓撲絕緣體[PRL 107, 076802 (2011)]。這項工作具有很高的國際影響力，引發了理論和實驗上研究矽烯、鍺烯、錫烯的熱潮，文中提出的理論模型被有關文獻命名為Liu-Yao-Feng-Ezawa（LYFE）模型，Feng為馮萬祥。
二、磁光效應研究
磁光效應是凝聚態物理學中一種非常古老的物理現象，其反映了光與磁之間最基本的相互作用。最早被發現、也是最具代表性的兩種磁光效應是Faraday效應（1846）和Kerr效應（1877）。從那時起到現在，對磁光效應的研究已經有一個半世紀之久。然而，在這個相當古老的研究領域，本人取得了兩項顛覆傳統認識的工作。
1. 國際上首次指出反鐵磁中可以存在磁光Kerr效應【理論預言已被實驗證實】
過去，人們經驗上發現Faraday旋轉角和Kerr旋轉角通常正比於磁性物質本身淨磁化強度的大小，因而磁光效應只可能出現在淨磁化強度非零的鐵磁或亞鐵磁中，而不可能出現在淨磁化強度為零的反鐵磁中。這其實是一種物理直覺上的誤區。通過對稱性分析和第一性原理計算，本人在國際上首次指出非共線反鐵磁中可以存在磁光Kerr效應[PRB 92, 144426 (2015)]。這篇文章引發了國內外同行的關注，目前被他引20餘次（Web of Science），該理論預言已經被日本東京大學和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的實驗證實。
2. 國際上首次發現手性反鐵磁中的拓撲磁光效應及其量子化
過去，人們除了認為磁光效應只能在鐵磁、亞鐵磁中出現，還認為磁光效應的物理起源是——自旋軌道耦合效應和能帶交換劈裂，二者缺一不可。這樣的論述可以在很多學術專著、綜述論文和研究論文中找到，這幾乎是所有人之前已經達成的共識。本人在國際上首次發現了非共面反鐵磁中起源於“標量自旋手性”的拓撲磁光效應，其既不需要自旋軌道耦合，也不需要能帶交換劈裂，因而完全不同於普通的磁光效應；並且，拓撲磁光效應在低頻極限下還可以實現量子化，即量子拓撲磁光效應。這項工作發表在Nat. Commun. 11, 118 (2020)。當前的實驗條件完全可以實現對拓撲和量子拓撲磁光效應的測量，期待不久後也可以被實驗證實。
三、電荷和自旋的橫向輸運性質研究
1. 計算方法和程式的開發
在國際上較早地開發了基於Wannier函式計算內稟自旋霍爾電導率的第一性原理程式[PRB 86, 165108 (2012)]。基於Wannier函式，也已經實現了對反常/自旋能斯特效應、反常熱霍爾效應的內稟機制的計算。正在進行（部分完成）對自旋霍爾效應、反常/自旋能斯特效應、反常熱霍爾效應的外在機制的計算程式開發。
2. MoS2等二維材料的自旋霍爾效應【理論預言已被實驗證實】
首次構造了MoS2等二維材料的Wannier函式哈密頓量，定量計算了自旋霍爾電導率[PRB 86, 165108 (2012)]。這篇文章引發了廣泛關注，已被他引120餘次（Web of Science）。文中的Wannier函式哈密頓量和自旋霍爾電導率數據被其他理論同行直接使用；更重要的是，文中關於貝里曲率以及自旋霍爾電導率的計算結果已經被美國史丹福大學、美國普渡大學、西班牙巴斯克研究中心、韓國延世大學等多個研究組的實驗證實。
3. 手性反鐵磁的反常霍爾效應、反常能斯特效應
指導自己的博士生研究了非共線反鐵磁Mn3XN (X=Ga, Zn, Ag, Ni)中自旋序依賴的反常霍爾效應[PRB 99, 104428 (2019)]和反常能斯特效應[PR Mater. 4, 024408 (2020)]。Mn3NiN的反常能斯特電導率為1.8A·Km，是目前已知所有磁性材料中反常能斯特電導率第三大的材料（僅次於兩個鐵磁材料、反鐵磁中最大），由此提出了反鐵磁自旋卡諾電子學器件的概念，設計了非共線反鐵磁熱電堆結構。此外，與美國麻省理工大學的實驗工作者合作，發現反鐵磁GdPtBi中存在巨大的反常霍爾效應，提供了相關的理論解釋[Nat. Phys. 12, 1119 (2016)]。
論文發表情況
截至2020年3月，已發表SCI論文38篇，包括1篇Nat. Commun.（一作）、1篇Nat. Phys.（與實驗合作的理論一作）、5篇Phys. Rev. Lett.（1篇一作）、10篇Phys. Rev. B/Mater.（4篇一作，3篇通訊）、1篇Comp. Phys. Comm.（一作）、1篇New J. Phys.（通訊）、2篇2D Mater.（1篇一作，1篇通訊）、2篇邀請綜述論文（均為一作）。這些文章共被SCI引用5000餘次（Web of Science），第一作者文章有3篇被引用超過100次，h-index為19。值得一提的是，有三項研究工作已得到實驗證實，分別為：half-Heusler拓撲絕緣體[PRB 82, 235121 (2010);PRL 105, 096404 (2010)]；反鐵磁中可存在磁光Kerr效應[PRB 92, 144426 (2015)]；MoS2和WSe2的自旋霍爾電導率[PRB 86, 165108 (2012)]。
10篇代表性論文：
【1】Wanxiang Feng, Jan-Philipp Hanke, Xiaodong Zhou, Guang-Yu Guo, Stefan Blügel, Yuriy Mokrousov, & Yugui Yao*, “Topological magneto-optical effects and their quantization in noncoplanar antiferromagnets”,Nat. Commun.11, 118 (2020).
【2】Xiaodong Zhou, Jan-Philipp Hanke,Wanxiang Feng*, Stefan Blügel, Yuriy Mokrousov, & Yugui Yao, “Giant anomalous Nernst effect in noncollinear antiferromagnetic Mn-based antiperovskite nitrides”,Phys. Rev. Mater.4, 024408 (2020).
【3】Xiaodong Zhou, Jan-Philipp Hanke,Wanxiang Feng*, Fei Li, Guang-Yu Guo, Yugui Yao, Stefan Blügel, & Yuriy Mokrousov, “Spin-order dependent anomalous Hall effect and magneto-optical effect in the noncollinear antiferromagnets Mn3XN with X = Ga, Zn, Ag, or Ni”,Phys. Rev. B99, 104428 (2019).【SCI被引用6次】
【4】T. Suzuki, R. Chisnell, A. Devarakonda, Y.-T. Liu,W. Feng, D. Xiao, J. W. Lynn, & J. G. Checkelsky, “Large anomalous Hall effect in a half-Heusler antiferromagnet”,Nat. Phys.12, 1119 (2016).【SCI被引用70次】
【5】Wanxiang Feng, Guang-Yu Guo*, Jian Zhou, Yugui Yao, & Qian Niu, “Large magneto-optical Kerr effect in noncollinear antiferromagnets Mn3X (X = Rh, Ir, Pt)”,Phys. Rev. B92, 144426 (2015).【SCI被引用32次】【理論預言已被實驗證實】
【6】Wanxiang Feng, Yugui Yao*, Wenguang Zhu, Jinjian Zhou, Wang Yao, & Di Xiao*, “Intrinsic spin Hall effect in monolayers of group-VI dichalcogenides: A first- principles study”,Phys. Rev. B86, 165108 (2012).【SCI被引用129次】【理論預言已被實驗證實】
【7】Wanxiang Feng, Jun Wen, Jinjian Zhou, Di Xiao, & Yugui Yao*, “First-principles calculation of Z2 topological invariants within the FP-LAPW formalism”,Comp. Phys. Comm.183, 1849 (2012).【SCI被引用31次】
【8】Wanxiang Feng, Di Xiao*, Jun Ding, & Yugui Yao*, “Three-dimensional topological insulators in I-III-VI2 and II-IV-V2 chalcopyrite semiconductors”,Phys. Rev. Lett.106, 016402 (2011).【SCI被引用103次】
【9】Wanxiang Feng, Di Xiao, Ying Zhang, & Yugui Yao, “Half-Heusler topological insulators: A first-principles study with the Tran-Blaha modified Becke-Johnson density functional”,Phys. Rev. B82, 235121 (2010).【SCI被引用118次】【理論預言已被實驗證實】
【10】Di Xiao, Yugui Yao,Wanxiang Feng, Jun Wen, Wenguang Zhu, Xing-Qiu Chen, G. Malcolm Stocks, & Zhenyu Zhang, “Half-Heusler compounds as a new class of three-dimensional topological insulators”,Phys. Rev. Lett.105, 096404 (2010).【SCI被引用234次】【理論預言已被實驗證實】
榮譽獎項
2018年度國家自然科學二等獎“固體材料中貝里相位效應的第一性原理研究”（第三完成人）
指導過兩名碩士研究生，均獲得了研究生國家獎學金和北京理工大學優秀碩士畢業生，其中一人還獲得了北京市優秀畢業生，另一人獲得了工信創新創業獎學金。
導兩名博士研究生，其中一人已獲得2019年CASC獎學金、2019年北京理工大學研究生創新基金重點項目一項、2019年度全國研究生數學建模大賽三等獎。
