工作职责和业绩:
我从事金属材料、电子器件等材料物理研究，使用过第一原理、分子动力学、非平衡格林函数、量子蒙特卡洛、机器学习等算法，通过理论建模和计算模拟，结合实验数据，研究过半导体纳米器件、自旋电子学纳米器件、铜合金、铁合金、镁等材料和器件，涉及光电、热电及自旋能量变换、电导及热导率、表面及界面调控、接触电阻、掺杂、固溶强化、晶粒成长、弹性及塑形变形等物理特性。
仿真模拟计算往往依赖材料的经验参数，针对特定性能提高参数的可靠性，可以把微观的不依赖经验参数的第一原理材料计算跟宏观的仿真模拟算法结合起来。在日本产业技术综合研究所做特别研究员期间，加入“高信赖性构造材料”研究项目，协调多个单位的项目成员的工作进展。活用第一原理局域能量、局域垂直与剪切应力解析算法，把材料的宏观性质与微观机制联系起来，筛选材料组成和结构，并为有限元分析、分子动力学、相图计算、机器学习等模拟提供高精度的参数，快速准确预测材料特性。
首先，模拟了铁合金中3d稀土金属杂质在晶界的偏析效果，计算了材料内部的能量和应力分布，特别是晶界原子的局域能量和局域应力，模拟了杂质偏析过程，预测了晶界上的杂质浓度，得出的主要杂质的浓度与实验中FeNi、FeCu、FeCr合金的测量结果一致。还计算了各种杂质偏析所对应的晶界迁移率、晶粒成长速率、弹性模量，分析了对材料力学、热力学性质的影响。
其次，从四种晶界构造单元出发，通过树状结构组合，生成镁金属各种倾角的晶界结构，计算各原子的局域能量。通过径向分布等函数作为记述子，记录复杂构形的晶界原子的空间位置信息，结合LASSO线性回归等机器学习算法，快速筛选出稳定的镁金属晶界，得到的最稳定和易滑动的界面与实验观察的显微结构一致。通过计算各原子各界面的局域应力，分析了镁晶界的滑移和双晶变形对塑性变形和加工方向的影响。
进而计算了固体电解质界面的局域剪切应力和锂离子扩散速率，分析了固体电解质的刚性对防止全固态电池短路的影响。同时我还协助项目同事进行铁晶粒成长的分子动力学、NiAl合金的相图计算、铁晶界能量的机器学习等课题的计算模拟。
● 主要论文:
Grain-boundary segregation of 3d-transition metal solutes in bcc Fe: ab initio local-energy and d-electron behavior analysis, Journal of Physics Condensed Matter 31, 115001 (2019).
Influence of the segregation of 3d transition metal solutes on the elastic modulus of a tilt grain boundary in bcc Fe, Journal of Materials Science, 55, 3056-3063 (2019).
マグネシウム対称傾角粒界の原子構造の第一原理局所解析， 軽金属学会第136回春期大会講演概要， 297-298 (2019).
● 主要会议口头报告:
Thermodynamic properties of bcc Fe grain boundaries with segregation of 3d-transition-metal solutes, 9th Multiscale Materials Modeling Conference, Osaka (Japan) (2018.10).
Segregation properties of 3d transition metal solutes in bcc Fe grain boundaries: Ab initio local energy and local stress analysis, 日本金属学会春期第162回講演大会, 習志野 (2018.3).
Atomic configurations of Mg symmetric tilt grain boundaries: ab initio simulations, 日本金属学会春期第164回講演大会, 東京 (2019.3).
マグネシウム対称傾角粒界の原子構造の第一原理局所解析，日本軽金属学会第136回春期大会，富山 (2019.5).
● 作为第一完成人参与的科研项目:
高信赖性构造材料 ， 2016-2020年 .

工作职责和业绩:
在中国科学院攻读博士学位期间 ， 研究过硅纳米线、碳化硅纳米线、氧化锌纳米线器件。用第一原理、分子动力学、非平衡格林函数等算法计算过纳米器件的电子、声子、自旋输运特性 ， 包括硅纳米线的自旋半金属导电性、碳化硅纳米线的导电性、导热性及热电变换效率、氧化锌纳米线作为光电极的光吸收特性等等。基于量子输运和弹道输运理论 ， 发展了非平衡格林函数算法计算分子、量子点、纳米线等低维纳米器件的电导率、热导率以及电极接触电阻。
在日本原子力研究开发机构做博士研究员期间 ， 研究低功耗的自旋电子学器件。基于合金杂质模型、第一原理并发展了量子蒙特卡洛算法 ， 精确计算了铜合金中5d稀土杂质的电子间强关联相互作用和自旋-轨道相互作用对杂质能级和电子占据数的影响。分析了东京大学CuIr合金与坡莫合金组成的纳米器件中的量子自旋霍尔效应实验结果 ， 成功解释了从自旋流转换而来的电流的方向和大小 ， 并预测CuPt合金也能产生跟CuIr合金一样的效果。
进而尝试为低功耗的自旋流电子器件创造二极管的调控性能 ， 并作为项目负责人成功申请到日本科研费（科学基金）项目。从理论设计和计算模拟出发 ， 通过调制5d稀土杂质电子间相互作用强度 ， 创造能调控从自旋流转换而来的电流的方向的效果 ， 相当于自旋流二极管 ， 预测最佳的材料选择。但东京大学等合作单位在实验上能实现的电流-自旋流能量转换效率过低 ， 短期内大幅改进的可能性不大 ， 面向实用化产品的开发失败。
● 主要论文:
Half-metallic silicon nanowires: Multiple surface dangling bonds and nonmagnetic doping, Phys. Rev. B 80, 081306(R) (2009).
Thermoelectric properties of silicon carbide nanowires with nitrogen dopants and vacancies, Physical Review B 84, 245451 (2011).
Charged states and band-gap narrowing in codoped ZnO nanowires for enhanced photoelectrochemical responses, Physical Review B 85, 075402 (2012).
Sign Change of the Spin Hall Effect due to Electron Correlation in Nonmagnetic CuIr Alloys, Physical Review Letters 114, 017202 (2015).
Analysis of the spin Hall effect in CuIr alloys: Combined approach of density functional theory and Hartree-Fock approximation, Journal of Applied Physics 117, 17D510 (2015).
What determines the sign of the spin Hall effects in Cu alloys doped with 5d elements , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 400, 184–187 (2016).
● 主要会议口头报告:
Sign change of the spin Hall effect due to electron correlation in nonmagnetic CuIr alloys, 59th Annual Magnetism and Magnetics Materials Conference, Honolulu, Hawaii (USA), (2014.11).
Towards the control of the sign of spin Hall effect in the Cu alloys doped with 5d elements, 20th International Conference on Magnetism, Barcelona (Spain), (2015.7).
● 作为项目领导者获得的科研项目:
Numerical study on the control of the spin Hall angle for innovative spintronic devices ， 日本科研费若手研究(B) No. 16K17728 ， 2016-2018年 .