职称： 教授、博士生导师；国家优秀青年基金获得者、国家级青年人才项目入选者
联系电话：
学系： 凝聚态物理系
E-mail： ccliu@bit.edu.cn
通讯地址： 北京理工大学物理学院 邮编 100081

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，比如拓扑绝缘态、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。

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

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, Nature子刊，Chin Phys B，物理学报等多个国内外期刊的审稿人。

获奖情况
连续四年Elsevier中国高被引学者（物理学）（2020-2023）；
2022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
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。提出了理想弱拓扑绝缘体β-Bi4Br(I)4，并被实验证实[我们的理论工作PRL 116, 066801 (2016)，实验工作Nature 566, 518 (2019)]。
已发表SCI 论文40余篇，包括PRL 11篇，Nat. Mater.、Nat. Commun.、PNAS、Adv. Mater.、Nano Lett. 各1篇、ACS Nano 3篇，SCI引用7600余次，其中单篇一作发表在PRL (PRB)上的论文SCI引用1980 (1040) 余次。

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
一、拓扑绝缘体研究
1. 预言新型大能隙的二维拓扑绝缘体，部分被实验证实
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［PRL 107, 076802 (2011), SCI引用1900余次, PRB 84, 195430 (2011), SCI 引用1000余次］。其中，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)］。
2. 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)]。
3. 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)]。
4. 高阶拓扑材料研究
高阶拓扑绝缘体具有d维绝缘的体态和(d-2)或(d-3)维的拓扑保护的表面态。目前实验上只有三维二阶拓扑绝缘体在真实材料中实现。一个简单可行的实现高阶拓扑绝缘体的方案任然不存在，这极大阻碍了高阶拓扑绝缘体，特别是二维高阶拓扑绝缘体后续的研究。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)]。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)]。
二、拓扑半金属研究
1. 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。
2. 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)]。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. 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)。
三、拓扑超导研究
1. 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)，SCI引用233次]。我们在双层硅烯体系也预测了d+id拓扑超导[PRL 111, 066804 (2013)，SCI引用142次]。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，同时计算了这个系统中的相互作用参数，给出了扩展Hubbard模型，并开源了相关code [PRB 104, L081403 (2021)]。这为进一步研究该体系的新奇物态和关联物性提供了基础。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. 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)，SCI引用180次]。
Majorana角态的实现一般需要非常规的超导配对或s波配对。然而，非常规超导体的体节点和常规超导体的低Tc不利于Majorana角态的实验观察。鉴于此，我们论证了在靠近 d + id′ 配对超导体（例如重掺杂石墨烯或特别是转角双层铜酸盐超导体，例如 Bi2Sr2CaCu2O8+x）的二维拓扑绝缘体的每个角处可出现Majorana角态。最近转角双层铜酸盐超导体被提出可实现有能隙的手性 dx2−y2 +idxy 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)]。
Altermagnets是最近新发现的一种磁性，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。我们的研究中将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)]。
四、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)]。

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. Shifeng Qian, Yongpan Li, and Cheng-Cheng Liu*, Stable higher-order topological Dirac semimetals with Z2 monopole charge in alternating-twist multilayer graphene and beyond, Phys. Rev. B 108, L241406 (2023).
2. Yu-Xuan Li, and Cheng-Cheng Liu*, Majorana corner modes and tunable patterns in an altermagnet heterostructure, Phys. Rev. B 108, 205410 (2023).
3. 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).
4. Pantelis Bampoulis, Carolien Castenmiller, Dennis J. Klaassen, Jelle van Mil, Yichen Liu, Cheng-Cheng Liu, Yugui Yao, Motohiko Ezawa, Alexander N. Rudenko, and Harold J. W. Zandvliet*, Quantum Spin Hall States and Topological Phase Transition in Germanene, Phys. Rev. Lett. 130, 196401 (2023)
5. Shi-Feng Qian, Gui-Bin Liu, Cheng-Cheng Liu*, and Yugui Yao, Cn-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides, Phys. Rev. B 105, 045417 (2022). SCI引用36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). SCI引用46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). SCI引用230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). SCI引用70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). SCI引用1980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). SCI引用1040余次