南科大发表论文

近日，南方 科技 大学物理系、量子科学与工程研究院教授卢海舟团队连续在《自然》子刊发表了关于“非线性霍尔效应”的两篇新论文。 第一篇题目为“Quantum theory of the nonlinear Hall effect”（非线性霍尔效应的量子理论）发表于Nature Communications。该研究详细阐述了研究团队在非线性霍尔效应的理论研究领域取得的重要进展。非线性霍尔效应是一类新的霍尔效应，可以在时间反演对称的体系中存在并且对空间对称性十分敏感，因此可以被用于探测与体系的空间对称性破缺相关的相变行为，如铁电、向列相变等。此外，非线性霍尔效应测量十分方便。只要对现有的输运测量方式稍作倍频调整，就可以 探索 一大类二维和三维的拓扑和功能材料，因此将会是一个非常重要以及活跃的方向。现有的理解非线性霍尔效应的理论工作基本都是基于现有半经典理论的基础上通过将体系的输运方程展开到电场高阶来实现对非线性霍尔效应的描述。然而，各种实验事实表明非线性霍尔效应本质上是一种量子效应，其主要机制无法被半经典理论完全刻画。基于费曼图形技术，研究团队构建了首个非线性霍尔效应的量子理论，揭示了非线性霍尔效应的量子本质以及目前半经典理论存在的不足，为未来的实验以及理论工作提供了坚实的基础。 该论文的第一作者为南科大量子科学与工程研究院助理研究员杜宗正，通讯作者为卢海舟，合作者包括上海师范大学教授王春明、南科大物理系博士生孙海鹏以及北京大学讲席教授、中国科学院院士谢心澄。南科大是论文第一单位。 第二篇为卢海舟团队受邀为NatureReviewsPhysics撰写的题为"Nonlinear Hall effects" (非线性霍尔效应)的综述展望文章，该文章详尽综述、概括分析了近年来关于非线性霍尔效应及其推广的重要研究进展，阐述了目前存在的问题与挑战，展望了未来的发展方向与可能应用，为相关领域的研究提供了重要参考。 该论文的第一作者是杜宗正，通讯作者为卢海舟，合作者包括北京大学讲席教授、中国科学院院士谢心澄。南科大是论文第一单位。 以上研究得到国家自然科学基金、广东省普通高校创新团队、深圳市科创委的资助。数值计算得到南科大科学与工程计算中心支持。 论文链接： 第一篇： 第二篇： 供稿：物理系、量子科学与工程研究院 主图：丘妍 通讯员：刘芳璐

近期，南方 科技 大学副校长兼教务长、环境科学与工程学院讲席教授、美国国家工程院院士张东晓课题组针对自然界广泛存在的力学非连续结构面的演化这一古老但富有挑战的力学问题，通过自主构建新的计算力学模型，阐明多尺度裂缝扩展及相互作用力学机理，相关系列成果发表在地球科学领域顶级期刊 Journal of Geophysical Research-Solid Earth 和 Geophysical Research Letters 上。 图1 页岩生烃诱导的复杂三维非平面裂缝网络仿真结果 长期以来，地壳内流体驱动的裂缝扩展力学机理备受地球科学、能源、矿业等领域学者关注。与之密切相关的自然现象包括冰川融水诱导冰架坍塌、岩浆入侵引起岩墙的扩展、雁列型断层及裂缝的演化、烃源岩自然生烃导致的裂纹扩展等。与能源、矿业产生密切联系缘于水力压裂技术的广泛采用，大规模水平井分段压裂技术促成了美国页岩气革命，改变了美国的能源格局。该技术在我国四川涪陵、威远、焦石坝等国家页岩气主力产区获得成功实践，有利于缓解我国能源供需矛盾并有效保障我国能源安全。此外，深层地热和天然气水合物的开采、二氧化碳地质封存潜力评估、深部金属矿床开发等均涉及裂缝扩展问题。因此，研究流体驱动的裂缝扩展对于理解地壳内多尺度力学结构面的演化规律、高效清洁开发非常规能源具有重要意义。 基于断裂力学、岩石力学、渗流力学等力学原理，推导并构建全新的复杂裂缝扩展计算力学模型，该模型对于简单币形裂缝在断裂韧性主导和粘性主导区域，获得了与经典解析解相一致的预测结果，主要的特色在于实现了对具有复杂形态裂缝（任意三维曲面裂缝）扩展过程的精确追踪，同时体现流体流动、岩体变形、裂缝起裂与扩展、裂缝应力干扰等多物理场的耦合控制作用。相关成果以“Hydromechanical Modeling of Nonplanar Three‐Dimensional Fracture Propagation Using an Iteratively Coupled Approach”为题，发表于Journal of Geophysical Research-Solid Earth。 图2三维非平面裂缝扩展计算力学模型示意图及模型验证结果 以烃源岩生烃诱发裂缝扩展为研究对象，通过数值模拟手段系统研究多条裂缝扩展过程。回答了生烃过程中为什么会产生三维非平面交叉裂缝网络，发现了三维曲面裂缝力学相互作用的不同表现形式，阐明了多条三维裂缝扩展过程中出现交替式、差异性、扩展速度渐变性等扩展行为背后的力学机理。该成果为深入理解烃源岩内部复杂力学结构面的形成过程、高速渗流通道的空间拓扑结构特征提供了新方法和新思路。相关成果以“Development of 3-D Curved Fracture Swarms in Shale Rock Driven by Rapid Fluid Pressure Buildup: Insights From Numerical Modeling”为题，发表于Geophysical Research Letters。 图3 烃源岩生烃过程不同初始裂缝形态下的三维缝网扩展数值模拟结果 环境学院研究副教授李三百为系列论文的第一作者，张东晓为系列论文的通讯和共同通讯作者，美国莱斯大学教授、美国国家工程院院士Abbas Firoozabadi为第一项成果的共同通讯作者。南科大为该论文的第一单位。该系列成果的开展和完成得到了国家自然科学基金项目的支持。JGR: Solid Earth论文链接： 论文链接：