今天我们将带大家深入解析香港科技大学 物理学的博士生导师Prof.DAI，通过这样的“方法论”，让大家学会如何从了解一个导师开始，到后期更好地撰写套磁邮件及其他文书。
研究领域解析和深入探讨
教授的研究领域主要聚焦于两个相互关联的核心方向：拓扑材料（topological materials）和强关联电子系统（strongly correlated systems）。这两个领域代表了现代凝聚态物理学中最前沿和最具挑战性的研究方向，它们的交汇点正是当前量子材料研究的热点所在。
在拓扑材料研究方面，教授的工作具有开创性意义。拓扑绝缘体（topological insulators）是一类具有独特电子结构的量子材料，其体内为绝缘体，但表面或边界处存在受拓扑保护的导电态。教授最具影响力的贡献之一是通过第一性原理计算，预测了Bi₂Se₃、Bi₂Te₃和Sb₂Te₃等化合物是具有单一Dirac锥表面态的三维拓扑绝缘体。这一预测不仅在理论上具有重要意义，更为实验验证提供了明确的方向，极大地推动了拓扑绝缘体这一新兴量子材料的发展。
更为引人注目的是，教授在Weyl半金属（Weyl semimetal）领域的突破性工作。Weyl半金属是一种三维拓扑半金属，其电子结构中存在被称为Weyl点的线性能带交叉点，这些点在动量空间中表现为磁单极子。2015年，教授的研究团队预测TaAs族材料是首个Weyl半金属，这一预测很快得到了角分辨光电子能谱（ARPES）和输运实验的证实。这一发现不仅验证了Weyl费米子在固体中的存在，更开启了Weyl半金属这一全新研究领域。
在量子反常霍尔效应（quantum anomalous Hall effect, QAHE）方面，教授的理论工作同样具有重要意义。他提出磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜可以实现量子反常霍尔效应，这一预测在2013年得到了实验证实。量子反常霍尔效应是指在零磁场条件下出现的量子化霍尔电导，这种效应对于未来的低功耗电子器件和量子计算具有重要应用前景。
在强关联电子系统研究中，教授发展了重要的计算方法，特别是LDA+Gutzwiller方法。这种方法将局域密度近似（LDA）与Gutzwiller变分法相结合，能够更准确地描述强关联材料中电子间的库仑相互作用。这一方法的发展为研究铁基超导体、拓扑近藤绝缘体等复杂材料系统提供了有力工具。
近年来，教授将研究重点拓展到了扭转双分子层石墨烯（twisted bilayer graphene）这一新兴的二维量子材料体系。扭转双分子层石墨烯在特定的"魔角"下表现出平带特性，导致了丰富的关联电子现象，包括超导、关联绝缘态和量子反常霍尔效应等。教授的理论工作揭示了这些现象的微观机制，特别是在解释扭转石墨烯中的对称性破缺态和轨道磁性方面做出了重要贡献。
精读教授所发表的文章
1."Artificial moiré engineering for an ideal Bernevig-Hughes-Zhang model"
(2025年1月,Physical Review B)
教授探索了人工moiré工程在实现理想BHZ模型中的应用。BHZ模型是描述量子自旋霍尔效应的经典理论模型，而通过人工moiré工程来实现这一模型，为设计新型拓扑量子材料提供了新的思路。
2."Giant high-order nonlinear and nonreciprocal electrical transports induced by valley flipping in Bernal bilayer graphene"
(2025)
文章揭示了Bernal双分子层石墨烯中由谷翻转诱导的巨大高阶非线性和非互易电输运现象。这一发现不仅丰富了对二维材料中非线性输运现象的理解，也为开发基于谷电子学的新型器件提供了理论基础。
3."A pyroxene-based quantum magnet with multiple magnetization plateaus"
（Science Advances，2024）
这项工作发现了一种基于辉石结构的量子磁体，展现出多个磁化平台，为理解复杂磁性系统中的量子相变提供了新的实验平台和理论认识。
4."Electrical Breakdown of Excitonic Insulators"
（Physical Review X，2024）
文章研究了激子绝缘体的电击穿现象，而"Excitonic Instability in Ta₂Pd₃Te₅ Monolayer"则预测了在Ta₂Pd₃Te₅单分子层中可能存在的激子不稳定性。这些工作为理解激子凝聚态的物理性质和潜在应用提供了重要理论基础。
教授的学术地位
教授在国际学术界享有崇高声誉，其学术影响力可以从多个维度来衡量。根据Google Scholar统计，教授的论文被引用超过74,000次，h指数达到惊人的高度，这充分体现了其研究工作的重要性和影响力。
从获奖情况来看，教授荣获了多项国际和国内的重要奖项。2019年获得美国物理学会（APS）的James C. McGroddy Prize for New Materials，这是该学会在新材料领域的最高荣誉之一，表彰了他在拓扑材料理论预测方面的杰出贡献。2024年，教授更是获得了国家科学技术奖一等奖和陈嘉庚科学奖，这些都是中国科学界的最高荣誉。
教授还是美国物理学会会士（Fellow of American Physical Society），这一荣誉充分认可了他在凝聚态物理学领域的杰出贡献。自2014年起，他连续多年被汤森路透（现为科睿唯安）列为高被引科学家，进一步证明了其研究工作的国际影响力。
在学术共同体中，教授的工作为整个拓扑材料和强关联系统研究领域奠定了重要的理论基础。他预测的Bi₂Se₃族拓扑绝缘体和TaAs族Weyl半金属，不仅在理论上具有重要意义，更激发了全球范围内的实验研究热潮，推动了相关研究领域的快速发展。许多后续的理论和实验工作都建立在他的开创性预测基础之上。
教授在计算方法发展方面的贡献同样不容忽视。他发展的LDA+Gutzwiller方法已被广泛应用于强关联材料的研究中，成为该领域的标准计算工具之一。这种方法学上的贡献对整个凝聚态物理计算社区产生了深远影响。
在人才培养方面，教授培养了大批优秀的研究生和博士后，其中许多已成为相关领域的独立研究者和学术带头人。这种人才培养的效应进一步扩大了他的学术影响力。
目前，教授担任香港科技大学物理系讲座教授和纳米科学蒙民伟讲座教授，同时还是香港科技大学赛马会高等研究院的高级研究员。这些职位不仅体现了他的学术地位，也为他继续推进前沿研究提供了机构的平台。
有话说
基于教授多年来的研究轨迹和成果，我们可以深入思考凝聚态物理学发展的趋势以及未来可能的突破方向。
- 拓扑和关联的结合：这代表了量子材料研究的一个重要趋势。教授的研究清晰地展示了这一点：从最初的拓扑绝缘体预测，到Weyl半金属的发现，再到扭转石墨烯中拓扑和关联效应的相互作用，都体现了这两个看似独立的物理概念在实际材料中的深度融合。这种融合不仅产生了丰富的新物理现象，也为设计具有特殊功能的量子器件提供了新的思路。
- 方法学层面：教授的工作展现了理论预测在现代材料科学中的重要作用。通过第一性原理计算和有效模型分析的结合，他成功预测了多种重要的拓扑材料，展示了理论物理学在指导实验研究和材料发现中的强大作用。这种"理论先行"的研究模式在未来的材料设计中将发挥越来越重要的作用。
- 扭转双分子层石墨烯的研究：开启了moiré材料这一全新的研究方向。教授在这一领域的工作表明，通过精确控制材料的几何结构，可以实现对电子性质的精细调控，这为设计"人工量子材料"提供了新的途径。未来，这种设计理念可能扩展到更多的材料体系，为量子技术的发展提供更多可能性。
- 应用角度：教授预测和研究的量子反常霍尔效应具有重要的技术意义。这种效应可能在未来的低功耗电子器件、量子霍尔器件和拓扑量子计算中发挥重要作用。随着材料制备技术的不断进步，这些理论预测有望在实际应用中得到更好的实现。
- 激子物理：教授近期的研究工作揭示了激子凝聚态的丰富物理内容。激子绝缘体作为一种新奇的量子相，不仅在基础物理研究中具有重要意义，也可能在光电子器件和量子信息处理中找到应用。未来对激子系统的深入研究可能会带来新的技术突破。
博士背景
Felix，美国top10学院物理学系博士生，专注于量子计算和凝聚态物理的交叉研究。擅长运用量子场论和拓扑量子计算方法，探索拓扑绝缘体和超导体中的新奇量子态。在研究Majorana费米子在量子计算中的应用方面取得重要突破。曾获美国物理学会最佳学生论文奖，研究成果发表于《Nature Physics》和《Physical Review Letters》等顶级期刊。
【竞赛报名/项目咨询+微信：mollywei007】
