量子物态是指物质体系中量子效应为主导的特殊状态，其特性主要依赖于量子关联、涨落和纠缠。量子物态通常存在于极低温、低维体系中，关联效应发挥着重要的作用。常见的量子物态有拓扑物态、超流与超导、玻色-爱因斯坦凝聚、分数量子霍尔态和分数陈绝缘体态等。量子物态的研究不仅深化人类对物质本质的理解，而且推动了下一代信息器件技术的发展。

量子物态与器件研究中心目前有常凯院士、杨洪新教授、吴振华教授、汪华、薛飞、乐天和施李坤研究员组成。

常凯院士主要从事拓扑关联物态特性和演生规范场效应的理论研究，到目前为止发表论文200余篇，包括24篇PRL和7篇Nature子刊，引用1万余次。他曾获国家自然科学二等奖和黄昆固体物理与半导体物理奖。他和实验合作首次发现拓扑激子绝缘体和拓扑激子密度波等新物态，成为国际上的研究热点领域；他提出采用半导体极性界面电场可以驱动主流半导体材料发生拓扑相变，突破了国际上拓扑绝缘体仅限于重原子和窄能隙体系的固有认识，为人工设计拓扑材料和器件提供了新方法；他揭示了拓扑磁性绝缘体中Bloembergen-Roland相互作用诱导的铁磁态，得到国际同行高度评价；发现在Dirac电子体系纳米结构中存在电子回音壁模式，受到国际同行的广泛关注（单篇理论文章google学术引用1千余次）；还深入研究了二维材料中的演生规范场效应；近年来主要研究固态体系中可观测的量子几何效应。

自旋电子学不仅在基础研究领域具有丰富的物理现象和内涵，而且已经极大的促进了信息存储等应用领域的发展，深刻的影响着时代的进步。因发现巨磁阻效应，Albert Fert和Peter Grünberg教授被授予诺贝尔物理学奖，而当前磁随机存储器和基于拓扑磁结构的存储芯片则是自旋电子学研究的主流方向，这其中反对称交换耦合（DMI）扮演者关键角色。杨洪新教授长期致力于该领域的研究，聚焦与基本磁相互作用的第一性原理计算方法发展、材料与物性模拟、以及相关物态调控的探索，做出了以下具有国际影响力的原创性成果(下图)：建立实空间和倒空间自旋螺旋态计算DMI方法，为国际同行广泛使用；预言多种材料体系的DMI并获得实验验证；在应用端提出了DMI力矩翻转垂直磁矩以及双半子扭矩翻转面内磁矩的2种磁矩写入新机制，为超低功耗磁随机存储器提供了新架构选择。已在Nat. Rev. Phys.，Nat. Mater.，Nat. Nanotech.，Nat. Commun.，PRL(11篇)等发表论文140余篇，单篇最高被引1100余次，H-index 40, 连续入选爱思唯而物理学领域高被引学者。我们组希望在宽松的氛围里探索物理学的未知和美学，同时和应用产业关联密切，鼓励大家运用知识创造财富。

集成电路是现代信息技术的基石，其核心CMOS工艺技术沿摩尔定律持续微缩。器件中短沟道效应、寄生电阻电容、本征涨落控制问题，极小尺度下量子限制效应、隧穿效应显著增强等基础性问题日益严重，阻碍了CMOS器件性能和集成度的有效提升。新技术节点的研发中，工艺及器件技术开发与前沿材料科学，量子物理学研究深度融合。发展基于量子物理模型的准确仿真计算新方法，建立材料工艺器件电路联动协同优化设计技术，是后摩尔时代半导体技术的发展的有力研究手段。吴振华教授长期开展集成电路先进工艺节点器件设计与TCAD方法研究。在跨尺度物理模型TCAD仿真技术及其在FinFET/GAAFET/CFET/2DFET设计优化等应用领域取得了系列进展。累计在IEEE EDL/TED、APL/JAP、PRL/PRB/PRAppl.等国际权威期刊发表一作/通讯论文80余篇。发表会议论文40余篇（含微电子领域顶会IEDM论文8篇、VLSI论文2篇），申请中美发明专利41项，研究成果被引超4000次（H指数28），入选2024年爱思唯尔全球前2%顶尖科学家榜单。

汪华研究员主要从事非线性光和物质相互作用和量子几何效应的理论和计算研究。他发展了非线性光学响应的密度矩阵理论、路径积分和费曼图方法、格林函数理论等，开发了基于第一性原理的计算方法、实现了大规模并行计算，发现了铁电材料中的强二次谐波效应、非线性光电流响应、以及非线性响应与多铁、拓扑以及磁性的耦合关系。提出铁性非线性霍尔效应，基于此和实验合作提出了贝利曲率记忆存储，这一成果受到了Stanford News、HKU News、ScienceDaily等多家媒体的报道；提出非线性光和物质相互作用的威尔逊环方法，避免了传统的求和规则，从而大大简化了高阶电导率张量的计算，同时这一方法也展示了量子几何的在非线性响应中的作用，得到国际同行高度评价；提出了光和磁性的非线性耦合磁性体光伏效应、非线性自旋电流效应、非线性Edelstein效应以及发现了磁性的二阶谐波效应在反铁磁Néel矢量成像中的应用，得到国际同行高度评价；提出了电子-声子耦合的量子几何效应，受到国际同行的广泛关注。、

薛飞研究员主要从事低维铁电极化材料与类脑智能器件的研究，目前以通讯作者发表文章10余篇，包括Science Advances （2篇）和Nature Communications（3篇），引用3200多次, 单篇引用超300次的代表作2篇。以低能耗类脑集成存储芯片为目标，首次揭示铁电存储容量的离子插层调控机制，发现极化斯格明子拓扑结构及其量子限域效应；开发出多物理场（温度/光场/应力）协同调控的低功耗铁电神经形态器件，建立阵列级芯片均一性控制方法。

乐天研究员主要从事基于超导和拓扑材料的量子器件研究，涵盖超导二极管、约瑟夫森结、超导干涉器等关键超导量子器件。目前以第一作者身份发表文章8篇，包括Nature， Nature Communications和Science Bulletin等国内外知名期刊。取得的代表性成果如下：首次在笼目超导体CsV3Sb5中观测到零磁场下的超导二极管效应和量子干涉现象，揭示了手性超导态的存在，为超导电子学开辟了新方向；利用量子材料边缘态构建超导量子干涉器件，并调控出纯净的边缘态超流，为人工设计拓扑超导态提供了全新途径；首次发现以电流倒数1/I为周期的新型量子振荡现象，拓展了量子振荡的研究范畴；揭示拓扑表面态引起的向列超导电性，拓宽了拓扑超导的研究维度。这些研究不仅推动了超导物理的前沿探索，更为下一代超导量子器件（如超导量子比特、超导传感器、超导逻辑运算等）的研发奠定了重要基础。

施李坤研究员专注于凝聚态物理前沿理论研究，主要探索量子几何效应与开放非平衡量子物态两大方向。他的研究关注波函数在参数(如动量)空间中的几何结构如何影响材料宏观性质，例如发现等离激元存在隐藏的几何结构，这为纳米光学操控提供了新思路；提出了利用光子拖拽效应可在中心对称晶体中探测隐藏的量子几何特性，同时揭示了贝里偶极子(Berry dipole)在体光伏效应中实现高效光电转换的机制。同时，他尤其关注材料在与外界环境耦合(如发生能量交换)并被外场(如激光)驱动的条件下远离热平衡状态时形成的稳态，发现了“Floquet费米液体”等新奇量子物态，和这些物态展现出的独特性质，如超临界现象。这些研究不仅有助于深入理解量子系统的基本行为规律，还可能为未来量子器件和技术发展提供理论基础，例如开发新型光电材料、实现光场对材料性质的调控等。