天津大學劉教授頂尖課題組申請攻略

機構旨在為(wei) 大家提供更加全麵、深入的導師解析和科研輔導！每期我們(men) 會(hui) 邀請團隊的博士對各個(ge) 領域的教授導師進行詳細解析，從(cong) 教授簡介與(yu) 研究背景 / 主要研究方向與(yu) 成果分析 / 研究方法與(yu) 特色 / 研究前沿與(yu) 發展趨勢 / 對有意申請教授課題組的建議這五個(ge) 方麵，幫助大家更好地了解導師，學會(hui) 科研！

教授簡介與(yu) 研究背景

劉教授現任天津大學理學院物理係教授、博士生導師，長期從(cong) 事凝聚態物理與(yu) 多鐵材料領域的研究。其學術背景深厚，兼具實驗與(yu) 理論交叉研究經驗：2004年於(yu) 中國科學院物理研究所獲得凝聚態物理博士學位後，先後在日本大阪大學（JSPS特別研究員）和美國國家標準與(yu) 技術研究院（NIST）從(cong) 事訪問研究，形成了材料製備、表征與(yu) 計算三位一體(ti) 的研究體(ti) 係。

自2008年加入天津大學以來，劉教授主持完成多項國家自然科學基金項目（含麵上、青年基金）、省部級課題及國家重點研發計劃子課題，累計科研經費超過400萬(wan) 元。

劉教授的研究方向聚焦於(yu) 多鐵性材料的結構-性能關(guan) 聯性，尤其擅長陶瓷與(yu) 納米材料的製備、光電磁性能調控及第一性原理計算。其國際化的學術經曆（如NIST的訪問學者身份）使其研究兼具前沿性與(yu) 應用潛力。教學方麵，她主講《大學物理》係列課程及《凝聚態與(yu) 材料物理》，注重基礎理論與(yu) 實驗能力的結合，培養(yang) 的多名研究生進入國際頂尖學府深造（如日本北海道大學、新加坡國立大學）。

主要研究方向與(yu) 成果分析

劉教授課題組的研究體(ti) 係圍繞多鐵材料展開，可歸納為(wei) 三大方向：

1. 多鐵材料的結構與(yu) 性能研究

通過調控BiFeO₃、Ca₃Ti₂O₇等體(ti) 係的摻雜（如Na、Rh、Ru），團隊在鐵電、壓電性能優(you) 化方麵取得突破。例如，在Na摻雜的Ca₃Ti₂O₇體(ti) 係中，劉教授團隊發現其壓電係數呈現反常負響應（Negative Piezoelectricity），這一現象與(yu) 氧八麵體(ti) 傾(qing) 斜模式的改變直接相關(guan) （J. Am. Ceram. Soc., 2020）。該成果為(wei) 設計新型柔性傳(chuan) 感器提供了理論依據。

2. 低維多鐵納米結構製備

課題組開發了水熱法、溶膠-凝膠法結合模板自組裝的納米顆粒/線/管合成技術。以BiFeO₃為(wei) 例，通過Ba-Rb共摻雜，成功製備出室溫下兼具鐵電性與(yu) 磁性的納米顆粒，其交換偏置效應（Exchange Bias）達120 Oe（J. Alloys Compd., 2017）。這一成果在磁電存儲(chu) 器領域具有應用潛力。

3. 第一性原理計算與(yu) 性能預測

劉教授團隊將密度泛函理論（DFT）與(yu) 機器學習(xi) 結合，係統研究多鐵材料的能帶結構、自旋軌道耦合效應。近期對有機-無機雜化鈣鈦礦（MV）AI₃Cl₂（A=Bi, Sb）的計算表明，電場可調控其Rashba自旋分裂效應（Phys. Rev. B, 2021），為(wei) 自旋電子學器件設計提供了新思路。

代表性成果突破：

· 反常壓電效應：在傳(chuan) 統鐵電材料中實現負壓電係數，突破線性響應限製。

· 室溫多鐵性：通過納米尺度摻雜使BiFeO₃在300 K下同時呈現鐵電性與(yu) 鐵磁性。

· 計算指導實驗：率先建立多鐵材料“摻雜-結構-性能”數據庫，加速新材料研發。

研究方法與(yu) 特色

劉教授課題組的核心競爭(zheng) 力體(ti) 現在“實驗-計算-應用”三位一體(ti) 研究範式：

1. 特色實驗技術

· 原位表征技術：利用PFM（壓電力顯微鏡）和LTEM（洛倫(lun) 茲(zi) 透射電鏡）實現鐵電疇動態觀測（Phys. Lett. A, 2020）。

· 納米工程化：通過靜電紡絲(si) 技術製備直徑<50 nm的BiFeO₃納米纖維，突破傳(chuan) 統陶瓷工藝局限。

2. 計算模擬優(you) 勢

·采用VASP、Materials Studio等軟件進行高通量計算，結合機器學習(xi) 預測摻雜效應。

·與(yu) 美國NIST合作建立材料基因工程數據庫，實現數據驅動的新材料設計。

3. 學科交叉融合

·將多鐵材料研究拓展至光催化（如紫外-可見光探測器設計，Inorg. Chem., 2020）、新能源器件（如鐵電光伏效應）等領域。

研究前沿與(yu) 發展趨勢

當前多鐵材料領域呈現三大趨勢，劉教授團隊均處於(yu) 前沿布局：

1. 二維/低維多鐵體(ti) 係

新型準二維Ruddlesden-Popper相材料（如Sr₃Sn₂O₇）因其層間耦合效應成為(wei) 研究熱點。劉教授2024年發表的Sr₃Sn₂O₇陶瓷電學性能研究（J. Am. Ceram. Soc.）揭示了應變工程對鐵電響應的調控機製。

2. 計算材料學深度應用

團隊近期開發的“摻雜-能帶-自旋”多尺度模型（J. Solid State Chem., 2023），可預測Fe摻雜對Ca₃Ti₂O₇光學帶隙的影響，誤差<0.1 eV。

3. 交叉學科突破

· 柔性電子：基於(yu) BiFeO₃納米線的可穿戴應力傳(chuan) 感器原型已進入測試階段。

· 量子材料：在Ru摻雜Ca₃Mn₂O₇體(ti) 係中觀察到反常磁增強效應（J. Am. Ceram. Soc., 2023），預示拓撲磁電耦合的新可能。

對有意申請教授課題組的建議

針對有意加入劉教授課題組的申請者，建議從(cong) 以下五方麵準備：

1. 夯實專(zhuan) 業(ye) 基礎

· 必修課程：固體(ti) 物理、材料表征技術（XRD、SEM）、計算物理基礎。

· 技能儲(chu) 備：至少掌握一種材料模擬軟件（VASP/Quantum ESPRESSO）或數據分析工具（Python/Origin）。

2. 明確研究方向匹配度

· 實驗方向：需具備溶膠-凝膠法、水熱合成等濕化學實驗經驗。

· 計算方向：熟悉Linux係統操作及腳本編寫(xie) 者優(you) 先。

3. 主動建立學術聯係

·精讀劉教授近三年論文（重點關(guan) 注J. Am. Ceram. Soc.、Phys. Rev. B等期刊），提煉1-2個(ge) 科學問題在郵件中探討。

·通過TJU物理係官網獲取最新招生信息，關(guan) 注每年3-4月的暑期科研開放申請。

4. 突出交叉創新能力

課題組青睞具有以下背景的申請者：

·物理+化學雙專(zhuan) 業(ye) 背景

·參與(yu) 過大學生創新計劃（如國創項目）

·發表過材料類SCI論文（即使為(wei) 共同作者）

5. 職業(ye) 規劃銜接

劉教授團隊畢業(ye) 生職業(ye) 路徑多元，建議提前規劃：

· 學術路徑：積累2篇以上一作論文，爭(zheng) 取聯合培養(yang) （課題組與(yu) NIST、大阪大學有固定合作）。

· 產(chan) 業(ye) 路徑：關(guan) 注課題組與(yu) 京東(dong) 方、北方華創的橫向項目，積累器件開發經驗。