物理学院学科建设及科研团队简介

一、学科简介

物理学院在学校的前几轮学科建设中建设了“计算物理”和“凝聚态物理”两个学科，主要的建设方向是等离子体数值模拟、计算材料学和凝聚态物理的数值模拟，由于研究方向的共通性，设备需求和人员配置情况比较近似，目前合并为一个学科，即计算物理学科。我们将这一学科进行集中发展，在发展计算物理学科应用的基础上，研究了计算物理学模拟方法本身，尤其是等离子体技术中的数值模拟方法和计算材料学方法，兼顾其他一些方面。

物理学院科研团队信息如下表

二、学科方向设置

根据研究团队的基本情况以及团队成员所从事的研究，计算物理学科设置等离子体物理、凝聚态物理、原子核物理和量子光学四个方向。各方向的主要研究领域如下：

1.等离子体物理方向：关注等离子体中的电荷粒子行为，通过数值模拟仿真，研究等离子体一系列现象和行为。并结合相关实验，研究大气压放电现象，为相关理论研究和产业开发提供支持。

2.凝聚态物理方向：主要研究固体和液体等多体系统的物理性质。通过理论模型和计算方法来探索物质的宏观和微观行为，研究凝聚态物理系统的量子相变、量子输运、非平衡动力学以及非平庸拓扑特性。

3原子核物理方向：主要研究原子核的量子相变，以及原子核系统的状态演化和有效序参量的量子相变行为，解释原子核量子相变的微观机制。

4.量子光学方向：主要研究光与物质相互作用的量子理论。通过结合理论分析和数值模拟，研究光与物质相互作用所导致的奇异量子现象，并开发研究相关量子效应在量子测量、量子探测以及量子信息方面的应用。

三、研究基础：

1、等离子体物理：团队在低温等离子体的理论研究方面具有深厚的积累，特别是在等离子体数值模拟和大气压放电实验研究中，也取得了一系列的成果。数值模拟和实验验证，在等离子体不稳定性和和各种现象理解上取得了突破性进展。

已承担和完成的科研项目：

[1] 国家自然科学基金项目《磁化氢气脉冲放电的PIC/MC/DSMC模拟研究》2012年，已完成

[2] .国家自然科学基金项目《低温等离子体PIC/MC模拟的算法研究和程序开发》合作子课题，2018.1-2021.12，已完成

[3] 华中科技大学强电磁场工程与新技术国家重点实验室开放项目《反场位型等离子体磁场压缩的磁流体模拟》，2017.6-2018.6，已完成

[4] .北京应用物理研究所横向项目《Lorentz Boost参照系下相对论电子束在等离子体中的长距离传输》，2020.3-2020.8,已完成

[5] 辽宁省教育厅科研项目《气流对大体积介质阻挡放电模式的影响研究》2021年，已完成

[6] 辽宁省教育厅科研项目《大气压纳秒脉冲介质阻挡放电均匀性的模拟研究》2024年，在研

代表性成果：

[1] Wang Hong-Yu, Sun Peng, Jiang Wei, Zhou Jie, and Xie Bai-Song. Chin. Phys. B. Vol. 24, No. 6 (2015) 065207

[2] Ya Zhang, Hong-yu Wang, Yu-ru Zhang and Annemie Bogaerts. Plasma Sources Sci. Technol. 26 (2017) 054002

[3] Mingxiang Gao, Ya Zhang, Hongyu Wang, Bin Guo, Quanzhi Zhang and Annemie Bogaerts. Catalysts 2018, 8, 248

[4] Jian-Guo Gu, Ya Zhang, Ming-Xiang Gao, Hong-Yu Wang, Quan-Zhi Zhang, Lin Yi, Wei Jiang. XXXIV ICPIG & ICRP-10, July 14-19, 2019, Sapporo, Hokkaido, Japan

[5] Jian-Guo Gu, Pan Zhao, Ya Zhang, Hong-Yu Wang and Wei Jiang. Catalysts 2020, 10, 68

[6] Ya Zhang, Hong-yu Wang, Wei Jiang and Annemie Bogaerts. New J. Phys. 17 ( 2015 ) 083056

[7] Zili Chen, Hongyu Wang, Shimin Yu, Yu Wang, Zipeng Chen, Wei Jiang, Julian Schulze and Ya Zhang, Electrical characteristics of the GEC reference cell at low pressure: a two-dimensional PIC/MCC modeling study，Plasma Sources Sci. Technol. 33 (2024) 045003

[8].Haicheng Qi, Zhihui Fan, Yidi Liu, and Chunsheng Ren.PHYSICS OF PLASMAS,23, 053509 (2016);
[9].Haicheng Qi, Yidi Liu, Zhihui Fan, et al..IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,VOL. 43, NO. 10, 2015;
[10].QI Haicheng, GAO Wei, FAN Zhihui,et al. .Plasma Science and Technology,Vol.18, No.5, May 2016
[11].Zhihui Fan, Haicheng Qi, Yidi Liu, Huijie Yan, et al..PHYSICS OF PLASMAS,23, 123520 (2016);
[12].Yidi Liu, Haicheng Qi, Zhihui Fan, Huijie Yan, et al..PHYSICS OF PLASMAS,23, 113508 (2016);

2、凝聚态物理：研究团队在多体物理研究以及量子相变相关研究上具有扎实的基础，并且与国外研究机构和团队开展相关合作研究。另外团队还从事第一性计算研究，可以借助密度泛函理论研究相关材料性质和特性。

代表性成果：

[1] D. Ma and C. Jia, Soliton oscillation driven by spin-orbit coupling in spinor condensates, Phys. Rev. A 100, 023629 (2019).

[2] C. Jia, D. Ma, A. F. Schäffer, and J. Berakdar, Twisted magnon beams carrying orbital angular momentum, Nat Commun 10, 2077 (2019).

[3] D. Ma, C. Jia, E. Solano, and L. C. Céleri, Analogue Gravitational Lensing in Bose-Einstein Condensates, Universe 9, 443 (2023).

[4] D. Ma, V. Koval, and C. Jia, Dynamic phase fluctuations in potential-driven Bose–Einstein condensate, New J. Phys. 22, 013046 (2020).

[5] 张毅宁.双轴应变条件下单层MoSe_2电子结构和拉曼光谱的第一性原理计算[J];原子与分子物理学报;2023年01期

[6] Hu Y L, Wu Y B, Lu J W, Chi J N, Liu W Z, Chen B H. Holographic entanglement entropy and subregion complexity for s-wave superconductor from massive gravity[J]. EPJC, 2024, 84(4): 431.

[7] Hu Y L, Wu Y B, Lu J W, Zhang C Y, Chi J N, Liu W Z.Numerical study of holographic entanglement entropy and subregion complexity for a p-wave superconductor in massive gravity[J]. Nuclear Physics B, 2025: 117079.

3、理论核物理：团队在原子核量子相变以及能谱统计领域具有夯实的理论研究基础，并取得一定研究成果。同时，团队积极与国内外相关领域专家学者保持密切的沟通合作。

已承担和完成的科研项目：

[1] 辽宁省教育厅面上项目《单-j壳框架下原子核形状相变的研究》2019年，已完成。

[2] 辽宁省教育厅面上项目《原子核平均场加剩余相互作用模型的形状相变研究》2023年，在研。

[3] 辽宁省教育厅面上项目《平均场加标准对力模型下原子核量子相变的研究》 2024年，在研。

代表性成果：

[1] Bo Li, Feng Pan, Xiao-Xue Ding, J. P. Draayer, Transitional patterns in the spherical mean-field plus quadrupole-quadrupole and pairing model within two-j shells, Nuclear Physics A 1024, 122476 (2022).

[2] Bo Li, Feng Pan, Xiao-Xue Ding and J. P. Draayer, Quantum phase crossover in the spherical mean-field plus quadrupole-quadrupole and pairing model with two j-orbits, International Journal of Modern Physics E 29, 2050039 (2020).

[3] Bo Li, Feng Pan, and J. P. Draayer, Quantum phase transition in the spherical mean-field plus quadrupole-quadrupole and pairing model in a single-j shell, PHYSICAL REVIEW C 93, 044312 (2016).

[4] Feng Pan, Xiaoxue Ding, et al. Exact solution of mean-field plus an extended T=1 nuclear pairing Hamiltonian in the seniority-zero symmetric subspace, PHYSICS LETTERS B780, 1 (2018).

[5] Feng Pan, Xiaoxue Ding, et al. A simple procedure for construction of the orthonormal basis vectors of irreducible representations of O(5) in the OT (3)  ON (2) basis, NUCLEAR PHYSICS A 974, 86 (2018).

[6] Feng Pan, Xiaoxue Ding, et al. An exactly solvable spherical mean-field plus extended monopole pairing model, NUCLEAR PHYSICS A 947, 234 (2016).

[7] Ding, Xiaoxue; Yu, Dejun; Li, Bo; Zhang, Jinhu. Modeling the elastoplastic stress field around voids in titanium alloys with phase field simulation, MRS COMMUNICATIONS, 2025,15,576-583.

[8] 丁小雪,李博.重力场中大气温度和压强的探究.安徽大学学报(自然科学版),2026,50(1):41-46.

4、量子光学：团队在开放量子系统和量子多体物理系统的研究上具有深厚的积累，通过结合理论分析和数值模拟，可以对于开放量子系统的很多特性进行研究，并且可以在此基础上进一步开发具有潜在应用的量子测量和量子探测技术。

已承担和完成的科研项目：

[1] 辽宁省教育厅面上项目: 离轴高斯涡旋孤子的传播特性研究 2025年，在研。

[2] 辽宁省教育厅科研项目《强流脉冲电子束航发轴承钢表面强化的机理研究》2025年，在研。

代表性成果：

[1] Ruilin Xiao, Xing Xiao, Wojun Zhong. High degree entanglement generation of two atoms in a common non-markovian reservoir with dipole-dipole interaction. International Journal of Theoretical Physics, 2013, 52(2): 458-464.

[2] Ruilin Xiao, Xing Xiao, Wojun Zhong. Dynamics of measurement-induced non-locality and geometric discord with initial system—environment correlations. Chinese Physics B, 2013, 22(8): 080306.

[3] Bingxiang Li, Volodymyr Borshch, Ruilin Xiao, Sathyanarayana Paladugu, Taras Turiv, Sergij V Shiyanovskii and Oleg D Lavrentovich. Electrically driven three-dimensional solitary waves as director bullets in nematic liquid crystals. Nature communications, 2018, 9(1): 2912.

[4] Bingxiang Li, Ruilin Xiao, Sathyanarayana Paladugu, Sergij V Shiyanovskii and Oleg D Lavrentovich. Three-dimensional solitary waves with electrically tunable direction of propagation in nematics. Nature Communications, 2019, 10(1): 3749.

[5] Bingxiang Li, Ruilin Xiao, Sathyanarayana Paladugu, Sergij V Shiyanovskii and Oleg D Lavrentovich. Dye-doped dual-frequency nematic cells as fast-switching polarization-independent shutters. Optics Express, 2019, 27(4): 3861-3866.

[6] Bingxiang Li, Greta Babakhanova, Ruilin Xiao, Volodymyr Borshch, Simon Siemianowski, Sergij V Shiyanovskii and Oleg D Lavrentovich. Microsecond electro-optic switching of nematic liquid crystals with giant dielectric anisotropy. Physical Review Applied, 2019, 12(2): 024005.

[7] Bingxiang Li, Ruilin Xiao, Sergij V Shiyanovskii and Oleg D Lavrentovich. Soliton-induced liquid crystal enabled electrophoresis. Physical Review Research, 2020, 2(1): 013178.

[8] Obeng Appiagyei Addai, Ruilin Xiao, Xiaoyu Zheng and Peter Palffy-Muhoray Optical characterisation of dyed liquid crystal cells. Liquid Crystals, 2022, 49(15): 2166-2178.

[9] Ruilin Xiao, Rongquan Chen and ChunCai Chen Off-axis vortex Gaussian beams in strongly nonlocal nonlinear media with oblique incidence, Optical and Quantum Electronics56, 294 (2024)

[10] 王紫凌, 叶家耀, 黄志军, 宋振鹏, 李炳祥, 肖瑞林, 陆延青 负性向列相液晶电致缺陷的产生与湮灭过程. [J]物理学报, 2024, 73(5): 056101

[11] Jian Yu Gong, Fang Yao Fang, Rui Lin Xiao and Hai Feng Zhang Electromagnetically induced transparent bimodal to unimodal conversion realized by the nematic liquid crystal, Journal of Optics 26, 085602

[12] Rongquan Chen, Ruilin Xiao, Wei Wang, Xixi Chu, Yuqing Song, Xudong Hu and Ming Chen. Controlled propagation and particle manipulation of off-axis-rotating elliptical Gaussian beams in strong nonlocal media[J]. Chinese Physics B, 2025, 34(3): 034205.

[13] Rongquan Chen, Ruilin Xiao, Mingyong Wang, Zifeng zhang and Ming Chen. Controlled propagation and structural transformation of the beam in complex potential wells[J]. Journal of Applied Physics, 2025, 138(20).

[14] Ruilin Xiao, Rongquan Chen, Haicheng Qi and Wentao Gao. Controllable transmission and mode conversion of off-axis chirped Laguerre-Gaussian vortex beams in strong nonlocal nonlinear media[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2026, 59(22): 225104.

[15] Rongquan Chen, Ruilin Xiao, Shenglan Zhang, Houquan Liu, Shijie Deng and Ming Chen. Controlled mode conversion of the off-axis chirped Laguerre-elliptic Gaussian vortex beams in anisotropic nonlocal nonlinear media[J]. Nonlinear Dynamics, 2026, 114(12): 816.

[16] Zuowei Zhang, Yihai Yang, Gaoyuan Gu, Yaxin Du, Qian Wang, Ruilin Xiao, Shuyi Yang, Tao E, Ruochen Lan, Meina Yu and Huai Yang. A Low‐Voltage Multi‐Band Tunable Smart Window for Self‐Adaptive Thermoregulation[J]. Advanced Materials, 2026, 38(32): e73235.

[17] Zerui Li, Ruilin Xiao, Yaxin Du, Ru Liu, Weifan Ding, Yuhua He, Jialin Wang, Shuo Zhu, Guodong Li, Xiuyi Yang, Qian Wang, Jun Wang, Ping Chen, Ke Chen, Dongfeng Li and Huai Yang. Dual‐Network Structure in Ionogel Fiber for Enhancing Electromagnetic Interference Shielding and Mechanical Properties[J]. Advanced Materials, 2026: e74817.