2010.9—2013.6 中国科学院物理研究所，凝聚态物理专业，理论物理博士
2003.9—2010.4 西安电子科技大学，技术物理学院， 学士、硕士

2019.8— 北京理工大学物理学院，教授、博士生导师
2017.1—2019.8 北京理工大学物理学院，副教授（新体系）、博士生导师
2016.8—2016.12 北京理工大学物理学院，副教授
2015.1—2016.1 美国德州大学达拉斯分校，访问学者
2013.8—2016.7 北京理工大学物理学院，讲师

从事计算物理与凝聚态理论研究。通过第一性原理计算方法，以及Green函数、Wannier函数、紧束缚近似和有效模型等理论方法研究真实材料的电子结构，重点关注由体系波函数的非平庸拓扑所导致的各种新奇量子态和新的物理效应，包括但不限于拓扑绝缘态、拓扑半金属态和拓扑超导态，以及以魔角石墨烯为代表的二维材料的转角电子学。

学术兼职

受邀担任New Journal of Physics的编委（Editorial Board Member）（2020—）。

目前为Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. B/M、Nat. Commun.，CPL、物理学报等多个国内外期刊的审稿人。

获奖情况

　　自2019年以来连续五年入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists） 

　　连续五年Elsevier中国高被引学者（物理学）（2020-2024）；

　　2021、2024年获得“IOP Outstanding Reviewer Award”；

　　2022年获得北京理工大学优秀博士学位论文指导教师奖；

　　连续两年北京理工大学教师节暨教师表彰大会优秀人才类表彰（2019，2020）；

　　2019年获得国家自然科学基金委“优秀青年基金”资助；

　　2019年获得北京理工大学优秀硕士学位论文指导教师奖；

　　2018年度教育部“长江学者奖励计划”青年学者；

　　2018年度国家自然科学二等奖[第2完成人]；

　　2018年获得“2018 New Journal of Physics Early Career Award”。

教学工作

多次主讲本科生课程《固体物理》、《大学物理》，研究生课程《凝聚态物理学新论》、《凝聚态物理学进展》。

学术业绩和论文发表情况

从事凝聚态理论和计算物理研究，在硅烯、锗烯、锡烯、魔角石墨烯、弱拓扑绝缘体和拓扑超导体等方面的研究成果国际上有重要影响。部分结果收录于日本东北大学Z. F. Ezawa 教授的专著《Quantum Hall Effects》的第三版。所提出的理论模型被命名为LiuYFE模型和 Liu-Jiang-Yao 模型。

　　已发表学术论文50余篇，包括PRL 13篇，Nat. Mater.、Nat. Commun.、PNAS、Adv. Mater.、Nano Lett. 各1篇、ACS Nano 3篇，总引用10700余次，其中单篇一作发表在PRL (PRB)上的论文引用2580 (1500) 余次，多个理论预言被实验证实。连续四年Elsevier中国高被引学者（物理学）（2020-2023），自2019年以来连续五年入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists）。

科研项目

　　1.国家自然科学基金面上项目（2024.1-2027.12），负责人

　　2.国家自然科学基金创新研究群体（2024.1-2028.12），骨干，参与

　　3.国家重点研发计划（2020.12-2025.11），参与

　　4.国家自然科学基金委优秀青年基金（2020.1-2022.12），负责人

　　5.国家重点研发计划子课题 （2020.12-2025.11），参与

　　6.国家自然科学基金面上项目（2018.1-2021.12），负责人

　　7.北京理工大学科技创新计划创新人才科技资助专项计划项目（2017.1-2019.12），负责人

　　8.国家自然科学基金青年基金项目（2015.1-2017.12），负责人

　　9.北京理工大学优秀青年教师资助计划［研究型］（2014.1-2015.12），负责人

科研成果

我们在量子材料设计和物性研究方面取得了一系列有影响力的重要成果。近期主要研究其他新奇的量子材料体系，包括新的磁性体系、转角体系等

　　一、拓扑材料设计和物性研究

　　1. 拓扑绝缘体研究

　　基于晶体群对称性设计新型拓扑态并预测高品质候选材料。

　　预言新型大能隙的二维拓扑绝缘体，部分被实验证实。我们在国际上首次指出类石墨烯体系—‘硅烯’、‘锗烯’、‘锡烯’是二维拓扑绝缘体，并预言该类二维材料可在更高温度下观测到量子自旋霍尔效应；构建了适用于具有起伏状六角格子体系并被有关文献称为“LYFE”的理论模型，其中L是刘铖铖［PRL 107, 076802 (2011), 引用2500余次, PRB 84, 195430 (2011), 引用1500余次］。值得指出的是，锗烯中的量子自旋霍尔效应已被实验证实［PRL 130, 196401 (2023)］。预言了迄今为止具有最大能隙（~1 eV，远远超出此前通常认为的0.3 eV）的二维拓扑绝缘体：六角结构的二维Bi的氢化物—铋烷以及卤化物家族，指出了该二维拓扑绝缘体材料家族的巨大能隙来自于Bi的px和py轨道的自旋轨道耦合，同时也给出了该体系的有效哈密顿量［PRB 90, 085431 (2014), NPG Asia Mater. 6, e147 (2014)］。

　　预言了理想的弱拓扑绝缘体并被实验证实。理论上提出了在范德瓦尔斯(van der Waals)材料－β-Bi₄X₄(X=Br, I)中可实现理想的弱拓扑绝缘体相［PRL 116, 066801 (2016)］，特别值得指出的是2019年发表在Nature上的实验工作在β-Bi₄I₄中观测到了弱拓扑绝缘体相，支持了我们的理论预测，该实验工作在摘要中直接引用了我们的工作[Nature 566, 518 (2019)]。

　　量子反常霍尔效应的研究。我们研究了双层Bi膜的半氢化体系，发现了通过外磁场调节体系自发磁化取向从而导致拓扑相变。依赖于不同的磁化方向，在该体系中可诱导出四个不同的相：两个谷极化的量子反常霍尔相以及铁磁绝缘体和铁磁金属。我们给出了体系低能有效模型并阐明了相关机理[PRB 91, 165430 (2015)]。该新型的谷极化的量子反常霍尔相（即同时具有量子反常霍尔效应，又具有谷霍尔效应）是我们在硅烯中提出的[PRL 112, 106802 (2014)]。

　　2. 拓扑半金属研究

　　预测了新型三维节线半金属。我们通过理论分析结合第一性原理计算，提出了一种新的拓扑量子物态—自旋零带隙节线半金属，并预言了一系列真实的候选材料，为实验进一步证实奠定坚实的理论基础[PRL 124, 016402 (2020)]。自旋零带隙半金属在费米能级处具有本征的完全自旋极化的节线态, 在低功耗的自旋电子学中被视为具有潜力的宿主材料。该拓扑节线自旋零带隙半金属受时间和空间反演或滑移镜面对称性保护，且具有二维近平面的完全自旋极化的表面态，为实现Ising拓扑超导和拓扑催化提供可能。基于第一性原理计算和有效模型分析,我们预言了一系列具有拓扑节线自旋零带隙半金属态特征的高品质候选材料。

　　预言了若干二维硼基拓扑半金属。我们通过第一性原理和模型计算发现了一种性能优异的理想二维Dirac半金属材料：二维梯子形聚硼烷。它拥有干净简洁的低能电子结构，在费米能级上有一对各向异性的Dirac锥，这可以由两能带紧束缚模型完全描述。通过引入外场如电场或圆偏振光场，可以在梯子形聚硼烷中诱导出各种有质量的Dirac费米子。基于此，我们还设计出四类多场调控的拓扑畴壁结构，可以实现谷极化的无耗散手性边界态。这种二维梯子形聚硼烷具有优良的热力学稳定性，并支持高度可调控的Dirac费米子，为实现和探索各种多场可调谐的Dirac拓扑态提供了理想的平台[ACS Nano 17, 1638 (2023)]。此外，我们发现了一种“翻线戏”（Cat’s-cradle-like）硼基拓扑Dirac半金属[PRB 98, 195437 (2018)]。

　　3. 高阶拓扑材料研究

　　高阶拓扑体系具有d维的体态和(d-2)或(d-3)维的拓扑保护的表面态。基于六角晶格，我们提出了两种实现高阶拓扑绝缘体的机制，并预测了三类总计十六种不同的二维二阶Stiefel-Whitney拓扑绝缘体。特别值得指出的是我们提出的这些二维二阶拓扑绝缘体材料大部分都是之前实验上已经合成的二维材料，特别是氢化石墨烯，黑磷，蓝磷和anti-Kekulé形变石墨烯等，已经受到了广泛的关注[Phys. Rev. B 104, 245427 (2021)，通讯作者，引用45次]。二维2H相过渡金属二硫族化合物(TMDs)因为其新奇的光学和能谷等性质吸引了广泛的研究兴趣，但是长期以来，2H相TMDs一直被认为是拓扑平庸的半导体。虽然2H相TMDs没有量子化的四极矩或八极矩，但是有C3旋转对称性保护的量子化的分数角电荷。我们分别从理论和数值上计算了单层2H相中量子化的分数角电荷为e/3，并且使用DFT计算证明了在边缘态能隙中间存在着局域的角态。同时，我们还推广到多层TMDs的情况。多层的角电荷(Qc)与层数(N)相关，Qc =Ne/3 mod e [Phys. Rev. B 105, 045417 (2022)，通讯作者，引用56次]。

　　提出了稳定的Z₂高阶Dirac半金属并穷举了可实现的空间群。在时空反演对称性保护下可忽略自旋轨道耦合的体系中，第二Stiefel-Whitney类表征的非平庸的Z₂节线在特定的参数下会收缩成一个Dirac点，并且这个狄拉克点也携带非平庸的Z₂拓扑荷。在仅考虑时空反演对称性保护下，Z₂ Dirac点是Z₂节线参数演化过程中的一个临界相，无法稳定存在。我们使用群论分析证明了在其他晶体对称性的保护下，Z₂ Dirac点不是一个临界相，而是一个受对称性保护的稳定的Dirac半金属态，并给出了所有可能出现稳定Z₂ Dirac点的空间群和对应的倒空间坐标。我们揭示了Z₂ Dirac点中存在高阶的体边对应关系，并给出了低能有效模型。通过第一性原理计算，我们还理论预言了交替扭转的多层转角石墨烯作为首个实现这种相的真实材料。我们的研究成果揭示了Z₂ Dirac点也是可以稳定存在于材料体系中，为Z₂高阶Dirac半金属的实现提供了坚实的理论基础。我们的工作也进一步丰富了转角石墨烯体系的相图。相关结果发表在PRB 108, L241406 (2023)。

　　高阶拓扑超导研究。我们提出了一个可以实现高阶(二阶)拓扑超导的方案并给出了可行的具体材料体系。该方案是把一个在(π,0)或者在(0,π)反带的二维正方结构的拓扑绝缘体放在具有Ｓ_±配对对称性的铁基超导上面，近邻效应导致在四个顶点处分别局域一个Majorana Kramers对。铁基超导的引入破缺了U(1)规范对称性，导致两个Dirac锥的边界态打开能隙，并且由于铁基超导特有的s+-配对对称性即在Brillouin区中心区与在边界处超导序参量符号相反，该两Dirac锥将获得符号相反的质量项，导致在顶点处出现角态。我们还给出了具体的材料体系：单层PbS/铁基超导Sr0.5Sm0.5FeAsF（Tc可高达56 K）垂直异质结系统将为观察到高温高阶拓扑超导提供了一个很好的平台[PRL 121, 186801 (2018)，引用200余次]。

　　Majorana角态的实现一般需要非常规的超导配对或s波配对。最近转角双层铜酸盐超导体被提出可实现有能隙的手性 d_x2−y2 +id_xy 超导体。转角在45度附近，其Tc 接近90 K。通过直接数值计算和构建直观的边界有效理论，我们发现邻近效应诱导的配对势和塞曼场的相互作用可以在拓扑绝缘体的相邻边界上引入相反的Dirac质量，从而在每个角处产生一个零能Majorana模。我们的方案提供了在没有体超导节点的高温平台中实现和探索Majorana角态的可行途径[PRB 107, 235125 (2023)]。

　　4. 拓扑材料物性调控

　　针对拓扑材料进行物性调控不仅可以更加深入的理解拓扑态，而且也为下一步的应用研究打下了基础。调控手段非常丰富，譬如转角、掺杂、化学修饰、应变、压力、光场、电场、磁场、Zeeman场等。我们预言了 ABC 堆垛的多层石墨烯在圆偏振光的照射下可以实现高 Chern 数且具有大能隙的 Floquet Chern 绝缘体[NJP, 20, 033025 (2018)]。与实验合作研究了石墨烯生长在六角氮化硼上的体系，由于两者晶格失配,可观测到明显的 moiré pattern，并给出了狄拉克费米子在周期势场中的能带结构[Nat. Mater. 12, 792, (2013)]。合作研究了石墨烯中的拓扑缺陷，发现和解释了费米速度的重整化，以及由拓扑缺陷产生的谷间和谷内散射[APL 103, 143120, (2013)]。

　　二、其他新型量子材料体系

　　1. 转角体系

　　发展转角/摩尔体系的电子结构计算方法。我们提出和开发通用的二维转角/摩尔材料体系有效模型的构建算法和程序，并研究其新的拓扑态和新奇物性。针对任意几层小转角石墨烯系统，我们发展了一种方法可以构造基于第一性原理的四带Wannier紧束缚模型，同时给出了扩展Hubbard模型，并开源了相关代码【PRB 104, L081403 (2021)，通讯作者，引用20次】。最近开发了能够针对任意二维材料，以极低的计算量从多个角度来精确构造转角单粒子模型的方法【arXiv:2407.08110 (2024), 通讯作者】。这为进一步研究该体系的新奇物态和关联物性奠定了基础。

　　魔角双层石墨烯和双层硅烯中的d+id拓扑超导。拓扑超导体是一种新奇的拓扑量子态，其边缘态为无能隙的 Majorana 零模束缚态。无能隙的 Majorana 束缚态满足非阿贝尔统计，可用于拓扑量子计算。我们针对实验发现的魔角双层石墨烯中的非常规超导现象提出一种理论机制，即交换自旋密度波涨落，获得国际学术界的认同, 成为目前该领域的重要理论之一；并指出在半填充附近实验观测到的关联绝缘态是非共面的手征自旋密度波且具有非零的 Chern 数，即自发的量子反常霍尔态；同时提出实验上观测到的超导可能是具有d+id 配对对称性的拓扑超导[PRL 121, 217001 (2018)，引用340余次]。我们在双层硅烯体系也预测了d+id拓扑超导[PRL 111, 066804 (2013) ，引用200余次]。与实验合作，我们发现在双层小转角石墨烯中存在由电子相互作用诱导的能谷-自旋极化的对称性破缺的有序相[ACS Nano 14, 13081 (2020)]。

　　2. 新奇磁性体系

　　我们指出转角磁性范德华双层体系是交错磁性的理想平台。Altermagnets是最近提出和发现的一种完全补偿共线磁性，它具有和反铁磁一样净磁化为零，但是却具有非相对论型的自旋能带劈裂，衍生出许多新颖的物理效应，使其受到了广泛的关注。我们介绍了一种通过转角在二维磁性范德华材料中产生和操纵交错磁性的通用方法。我们发现，在采用所有五个二维 Bravais 晶格之一的任何二维磁性范德华材料的转角双层中都可以实现关键的平面内二度旋转操作，从而诱导交错磁性。通过选择具有特定对称性的二维磁性范德华材料单层，我们的方法可以定制任何类型的交错磁性，例如 d 波、g 波和 i 波。此外，我们的转角交错磁性材料体系的物理性质易于调控。以过渡金属氧卤化物 VOBr 为例，我们发现通过调节转角和费米能级可以获得巨大的自旋霍尔角，比实验报道的要大得多。我们的方法建立了一个通用、稳定且可调节的平台来探索交错磁性，并提供了一种产生和操纵自旋电流的新方法。相关结果见工作【Yichen Liu, Junxi Yu, and Cheng-Cheng Liu*, Twisted Magnetic Van der Waals Bilayers: An Ideal Platform for Altermagnetism, Phys. Rev. Lett. 133, 206702 (2024) (Editors' Suggestion) ，引用31次】。

　　通过交错磁体创建和操纵高阶拓扑状态。我们提出在由二维拓扑绝缘体和最近发现的交错磁体组成的异质结中实现可调的高阶拓扑态。基于对称性分析和有效边界理论，我们的研究表明，具有不同对称性的交错磁体（如 d 波）中的特殊自旋分裂可以在拓扑绝缘体的相邻边界上引入具有相反符号的狄拉克质量项，从而产生具有质量畴壁约束的高阶拓扑角态。此外，通过调整 Néel 矢量的方向，我们可以通过移动这些拓扑角态的位置来操纵它们。通过第一性原理计算，以交错磁体MnF₂上的方晶格二维拓扑绝缘体Bismuthene为例，证明了通过交错磁体创造和操控高阶拓扑态的可行性。最后，我们讨论了可调拓扑角态的实验实现和检测，以及狄拉克角费米子的潜在非阿贝尔编织。相关结果发表在PRB上【PRB 109, L201109 (2024)，通讯作者，引用30次】。此外，我们将altermagnets覆盖到超导/拓扑绝缘体异质结上，发现在系统的角落处可以实现Majorana零能模。此外，通过对体系施加单轴应力产生各向异性，可以改变系统中Majorana的模式，提供了操控角态的一种方式。进一步通过对系统结构的设计，通过单轴应力可以实现对Majorana角态进行空间位置的移动和交换，有望实现Majorana零能模的编织操作。在该项研究中，我们利用了新发现的altermagnets首次揭示了其在Majorana零能模调控方面的优势，这不仅为altermagnets提供了新的应用方向，也为实现Majorana零能模的编织操作提供了新的实验平台[PRB 108, 205410 (2023)，通讯作者，引用60次]。

　　我们将完全补偿亚铁磁体的概念拓展至二维体系，首次提出"二维填充强制的完全补偿亚铁磁体"概念【Yichen Liu, San-Dong Guo, Yongpan Li, and Cheng-Cheng Liu*, Two-dimensional fully-compensated Ferrimagnetism, Phys. Rev. Lett. 134, 116703 (2025)】。本研究指出，在完全补偿的共线磁性体系中存在除了由对称性保证零净磁矩的机制之外如传统反铁磁体和交错磁体，还存在一种新型的填充调控机制能够确保零净磁化磁结构。我们称前者为“对称性强制（symmetry-enforced）的完全补偿磁”，后者为“填充强制（filling-enforced）的完全补偿磁”。 相较于传统反铁磁体和交错磁体, 完全补偿亚铁磁体没有对称性约束, 具有更加丰富的物理特性。结合理论分析与计算模拟，我们系统论证了该体系的结构稳定性与物理特性易操控性，同时提出三种具有可操作性的材料实现策略：基于Janus结构设计、施加交错势场，如外置电场、以及元素替代法或者合金化，并分别给出了具体的候选材料实例。通过构建完全补偿亚铁磁的简化理论模型深入解析其物理特性。我们发现完全补偿亚铁磁不仅呈现显著磁光响应，更展现出完全自旋极化电流与反常霍尔效应—这些传统上被认为出现在铁磁系统中的物理性质，极大拓展了自旋电子学材料的研究维度与应用前景。本研究提出的研究成果为完全补偿亚铁磁体开辟了前景广阔的探索路径，并提供了丰富的可能性。我们提出的填充强制的二维完全补偿亚铁磁无疑将为自旋电子学的发展注入崭新的强劲动力。

　　

　　10篇代表性论文：

　　（全部论文列表请见：http://www.webofscience.com/wos/author/record/K-8506-2014）

　　1. Yichen Liu^#, San-Dong Guo^#, Yongpan Li, and Cheng-Cheng Liu*, Two-dimensional fully-compensated Ferrimagnetism, Phys. Rev. Lett. 134, 116703 (2025).

　　2. Junxi Yu^#, Shifeng Qian ^#, and Cheng-Cheng Liu*, General Electronic Structure Calculation Method for Twisted Systems, Phys. Rev. B 111, 075434 (2025).

　　3. Yichen Liu, Junxi Yu, and Cheng-Cheng Liu*, Twisted Magnetic Van der Waals Bilayers: An Ideal Platform for Altermagnetism, Phys. Rev. Lett. 133, 206702 (2024) (Editors' Suggestion) 引用31次

　　4. Botao Fu, Run-Wu Zhang*, Xiaotong Fan, Si Li, Da-Shuai Ma, and Cheng-Cheng Liu*, 2D Ladder Polyborane: An Ideal Dirac Semimetal with a Multi-Field-Tunable Band Gap, ACS Nano 17, 1638-1645 (2023).

　　5. Yu-Xuan Li, and Cheng-Cheng Liu*, Majorana corner modes and tunable patterns in an altermagnet heterostructure, Phys. Rev. B 108, 205410 (2023). 引用60次

　　6. Run-Wu Zhang^#, Zeying Zhang^#, Cheng-Cheng Liu*, Yugui Yao*, Nodal Line Spin-gapless Semimetals and High-quality Candidate Materials, Phys. Rev. Lett. 124, 016402 (2020).引用54次

　　7. Cheng-Cheng Liu^#, Li-Da Zhang^#, Wei-Qiang Chen, and Fan Yang*, Chiral Spin Density Wave and d+id Superconductivity in the Magic-Angle-Twisted Bilayer Graphene, Phys. Rev. Lett. 121, 217001 (2018). 引用340余次

　　8. Cheng-Cheng Liu, Jin-Jian Zhou, Yugui Yao*, and Fan Zhang*, Weak Topological Insulators and Composite Weyl Semimetals: β-Bi₄X₄ (X=Br, I), Phys. Rev. Lett. 116, 066801 (2016). 引用110余次

　　9. Cheng-Cheng Liu, Wanxiang Feng and Yugui Yao*, Quantum Spin Hall Effect in Silicene and Two-Dimensional Germanium, Phys. Rev. Lett. 107, 076802 (2011). 引用2580余次

　　10. Cheng-Cheng Liu, Hua Jiang* and Yugui Yao*, Low-energy effective Hamiltonian involving spin-orbit coupling in silicene and two-dimensional germanium and tin, Phys. Rev. B 84, 195430 (2011). 引用1500余次

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