李伟斌(青年千人)发布者：huake 发布时间：2014-03-26 09:36 浏览次数：次编辑


个人信息
姓 名：
李伟斌
职 称：
教授

电子邮箱：
weibinli@gmail.com

通讯地址：
华中科技大学物理学院



个人简历
199809-200206华中科技大学 应用物理 理学学士
200209-200705中国科学院武汉物理与数学研究所 原子与分子物理 理学博士
200706-201005德国马克斯-普朗克复杂物理系统研究所 博士后
201005-201205英国诺丁汉大学 玛丽-居里学者
教学、研究领域及成果
在德国马克斯-普朗克复杂物理系统研究所和在英国诺丁汉大学博士后工作期间，与德国和美国科学家合作，理论预测并首次实验观测到了同核双原子分子的固有电偶极矩，该成果以第一作者身份发表在2011年11月份Science上；发现了利用里德堡态激发可以导致离子晶体结构相变，该成果以第一作者身份发表在2012年1月份Phys. Rev. Lett. 上。此外在超冷里德堡中性原子气体、基于里德堡原子和里德堡离子的量子信息和简并量子气体等方面进行了一系列的研究。一共发表SCI论文23篇（第一作者8篇）。主要的研究成果有：
（1）精确计算和分析了超长程里德堡分子的量子性质
从2008年到2011年，申请人和德国马克斯-普朗克复杂物理系统研究所的J-M Rost教授、T. Pohl博士、斯图加特大学的T. Pfau实验小组和美国哈佛大学的H. Sadeghpour教授合作，开展了超长程里德堡分子的研究。超长程里德堡分子是基态原子束缚在里德堡原子的电子云中形成的一种分子态。在这个项目的研究过程中，我与T. Pohl博士合作，提出了一种更严谨的理论框架和更精确的计算技术来分析实验中观测到的里德堡分子的能谱。通过考虑电子和原子的p波相互作用，我们发展了一种大规模格林函数方法解决了计算中的发散困难，计算了超长程里德堡分子的势能曲线和相应的里德堡分子的能级，精确的预测和解释了实验上观测到的超长程里德堡分子光谱，确定了不同里德堡分子的性质。计算表明，s波和p波相互作用对于里德堡双原子分子的振动激发态的形成具有不同的影响：低振动激发态的里德堡分子主要由s波相互作用导致；而p波相互作用导致形成高振动激发态。另外我们发现，一个里德堡原子和两个基态原子可以形成里德堡三原子分子。这种里德堡三原子分子也被T. Pfau小组在实验中直接观测到。
通过分析里德堡分子的势能曲线，发现部分里德堡分子的形成机制非常奇特。由于分子势能曲线在p波共振区域形成了陡峭的下降，形成了一个开放的内部边界条件；从经典物理的角度，这将不可能形成束缚的分子状态；而在实验中，在这一能量区域观测到了里德堡分子。为了解释这一现象，我们提出了一种新的分子形成机制—内部量子反射。量子反射是量子力学框架下的一种违背经典物理的反射现象：在粒子能量稍微高于势垒的高度时仍然具有极大的几率被沿原路反射回去。我们指出处在振动激发态的里德堡分子是由于在势能陡变区域发生量子反射从而形成的亚稳定状态，其寿命短于基态里德堡分子的寿命。基于这种量子反射机制，计算和分析了里德堡分子状态的寿命，结果得到了实验观测的直接验证。
这些研究结果发表在了Phys. Rev. Lett.105, 163201（2010）上。
（2）首次预测和测量到了同核双原子分子的固有电偶极矩
由于量子力学的对称性，组成同核双原子分子的原子可以交换电子态，导致同核双原子分子不存在固有电偶极矩。在分子物理和化学研究中，这是一个长久以来普遍接受的观点。通过对超长程里德堡分子的深入研究，提出超长程里德堡分子将存在固有电偶极矩。这是由于，超长程里德堡分子巨大的分子半径几乎完全避免了电子的交换相互作用，这样在激光激发里德堡态的过程中，自发形成对称破缺导致电子云的各向异性，从而形成了分子的固有电偶极矩。利用格林函数方法和量子散射方法，计算得到超长程里德堡分子的电偶极矩约为1德拜。通过和T. Pfau实验小组的合作，超长程里德堡分子的电偶极矩在实验室被精确测量到，其大小与我们的理论计算极为吻和。这是物理学家第一次在实验室中观测到了存在固有电偶极矩的同核双原子分子，该研究结果在Science 334,1110(2011)发表。这一工作得到了审稿人的高度评价，认为我们的工作是“在理解分子性质方面的重要进展”（“excellent advance in our understanding of molecular properties”）, “长久以来我们认为同核双原子分子不存在电偶极矩，超长程里德堡分子是一种完全不同的例子”（“This counters the long-held belief in chemistry and spectroscopy, which is stated in textbooks that homonuclear diatomicmolecules are never polar. Such a development that provides evidence for a counterexample of a widely-believed aspect of molecular physics and chemistry is fascinating”）。由于其在原子分子物理和量子化学中的重要性，我们的研究结果得到了美国nanowerk、英国皇家化学学会、Sciencedigest等多家学术新闻机构的评论和转载，吸引了广泛的兴趣。
对超长程里德堡分子的研究改变和加深了对双原子分子性质的认识，扩大了我们在极端条件下（极低温度和极低能量）精确研究基础原子物理现象和调控量子化学反应的范围。我们的研究结果不仅对于基础科学研究（量子物理和超冷量子化学）具有重要的意义，而且对于在里德堡原子中实现量子信息和量子计算的研究也具有重要的影响。

（3）首次开展了里德堡态的离子晶体的研究
申请人在诺丁汉大学工作期间，主持一项欧盟玛丽居里研究项目，开展了囚禁离子的里德堡态的研究。在线性离子阱中，离子在低温下形成晶体结构。处在里德堡态的离子晶体和中性原子气体比起来，不存在粒子碰撞导致的离子化问题，具有极好的稳定性和相干性；晶体结构使得离子的相互作用易于控制，因此处在里德堡态的离子晶体具有在量子信息和量子模拟应用方面独特的优势。我们首次理论研究了里德堡激发对离子晶体的内态和外态的影响，发现通过里德堡态激发可以驱动离子晶体从zigzag结构到线性结构的改变；申请人独立发展了一套理论方法来研究其中的量子动力学过程。这个结果发表在今年的Phys. Rev. Lett. 108, 023003(2012)上。该研究结果发表之后，得到了英国帝国理工大学Richard Thompson教授、法国马塞大学Caroline Champenois教授、奥地利因斯布鲁克大学Peter Zoller教授和德国Mainz大学的Ferdinand Schmidt-Kaler教授的高度评价，对我们得到的结果非常感兴趣，其中Richard Thompson教授计划在未来和我们合作，开展在离子阱中利用里德堡态激发来调控晶体结构的实验研究。

学术职务与交流
1. 德国物理学会 (Deutsche Physikalische Gesellschaft)会员。
2. 欧盟玛丽居里学者（Intra-European Marie Curie fellowship）。
3. Physical Review Letters、Physical Review A、Physical Review E、Journal of Physics A、Journal of Physics B、Optics Communications、Journal of Applied Physics、Optics Express审稿人。