人才信息库
王宇佳
性　别 男 最高学历 博士研究生
职　称 研究员 专家类别 博士生导师
部　门 沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部，研究员，博导 国家优青，中科院青年创新促进会会员，金属所青促会执委会主任
通讯地址 辽宁省沈阳市沈河区文化路72号，中国科学院金属研究所，材料结构与缺陷研究部
邮政编码 110016 电子邮件 yjwang@imr.ac.cn
电　话 +86-24-23971327 传　真 +86-24-23891320
简历：

　　2002.09–2006.06，华中科技大学，电子科学与技术，工学学士

　　2006.09–2012.06，中国科学院金属研究所，材料物理与化学，工学博士

　　2012.07–2014.09，中国科学院金属研究所，助理研究员

　　2014.09–2021.11，中国科学院金属研究所，副研究员

　　2015.10–2016.04，美国华盛顿大学，访问学者

　　2021.11–现在，中国科学院金属研究所，研究员


团队建设与研究生培养

本团队主要利用相场模拟和第一性原理计算等多尺度计算模拟方法，结合透射电镜实验，对铁电功能材料、金属材料等中的微结构开展研究。目前共有成员12人，包括5名博士生和6名硕士生；已毕业博士/硕士6名，其中3名在科研院校工作/深造，3名在高技术企业从事研发工作。所指导的博士研究生郭相伟（2021年毕业）获得师昌绪奖学金三等奖。
研究领域：

（1）铁电材料中的极性拓扑畴

（2）电介质储能

（3）镁合金中的析出相演化
承担科研项目情况：

兴辽英才计划青年拔尖人才项目，极性拓扑畴的三维极化结构及动力学研究，XLYC2023020，50万元，项目负责人，2023-2026

松山湖材料实验室开放课题-重点项目，(111)取向 BiFeO3薄膜中的多铁性拓扑结构，2023SLABFK13，20万元，项目负责人，2024-2025

国家自然科学基金优秀青年项目，新型铁电拓扑畴结构的计算设计与原子尺度结构特性，52122101，200万元，项目负责人，2022-2024

中国科学院青年创新促进会会员项目，2021187，80万元，项目负责人，2021-2024

沈阳材料科学国家研究中心青年项目5项，100万元，项目负责人，2014-2023　　　

重要科研成果:

一、相场模拟

　　基于热力学唯象理论，与美国华盛顿大学的研究人员（李江宇教授和李智豪博士）合作编写针对铁电薄膜的相场模拟软件，并应用于铁电薄膜畴结构的研究课题中。其中具有代表性的研究成果有：

　（1）用相场模拟预测SmScO3衬底上超薄PbTiO3薄膜中存在极性拓扑半子并且被像差校正透射电镜实验证实（Nature Materials  2020, 19,881）。进一步预测薄膜被电极夹持条件下，半子演化成布洛赫点，并且被透射电镜实验证实（Nature Communications 2024,15,3949）。详见金属所主页报导：铁电材料中发现周期性半子晶格、铁电材料中发现极化布洛赫点   

图释：(a-c)相场模拟预测的极性半子和反半子的极化构型；(d-g)半子晶格的透射电镜实验结果；(h)半子晶格的示意图。

图释：a-d 相场模拟预测不同上电极厚度条件下半子向布洛赫点的演化。e和f 两种布洛赫点的局域极化结构图。g-k 布洛赫点的透射电镜实验观察。

　（2）结合透射电镜实验、相场模拟和第一性原理计算研究了PbTiO3/SrTiO3超晶格中的斯格明子晶格的周期与薄膜厚度的关系，发现在超薄的情况下不遵循经典的Kittel定律（Nature Communications 2023,14,3376）。详见金属所主页报导：研究发现铁电斯格明子的临界厚度不遵循经典Kittel定律 

图释：(a)不同厚度的超晶格的透射电镜形貌像(左)和X射线倒空间图谱(右)；(b)实验和模拟得出的周期-厚度关系。

　　（3）结合透射电镜实验和相场模拟首次在PbTiO3/SrTiO3超晶格中发现周期性极化波，构建了极化波形成的厚度-应变相图（Science advances 2021,7,eabg5503）。详见金属所主页报导：铁电超晶格中发现周期性电偶极子波

 

图释：(左)根据实验和模拟结果提取的极化波特征；(右)周期性极化波的极化构型的实验与模拟结果以及相场模拟构建的厚度-应变相图。

　　（4）结合透射电镜实验用相场模拟研究了多层PbTiO3/SrTiO3薄膜中的二维通量全闭合畴阵列，发现随厚度比的变化，薄膜中会出现竖直全闭合与水平全闭合阵列（Nano Letters 2017,17,7258-7266）。详见金属所主页报导：金属所研究人员建立通量全闭合铁电畴二维阵列形成相图

图释：(a,b) 厚度比例为1和0.5时得到的二维竖直全闭合畴(a)和二维竖直/水平全闭合畴(b)阵列的透射电镜实验结果；(c) 利用相场模拟得到的畴结构随厚度比例的相图，H和V代表水平和竖直通量全闭合畴；(d,e)两种二维通量全闭合畴阵列的相场模拟结果。

　　（5）总结铁电材料中极性拓扑畴结构领域内的研究成果，撰写两篇综述（Acta Materialia 2023,243,118485，物理学报 2020,69,216801）。

图释：(a-d) 顺时针和逆时针旋转的手性涡旋；(e-h) 汇聚和发散的半子；(i,j)反半子；(k) 斯格明子。 

二、第一性原理计算

　　采用基于密度泛函理论的第一原理计算方法，对铁电薄膜的界面和畴壁结构等科学问题进行研究。其中具有代表性的研究成果有：

　　结合唯象理论与定量电子显微分析证明逆挠曲电效应导致PbTiO3中90°畴壁出现晶格突变现象，并用第一性原理计算确定材料的挠曲电系数（Acta Materialia 191,158,2020）。

图释：(a-c)对PbTiO3中90°畴壁的高分辨像(a)进行定量电子显微分析提取晶格应变(b,c)，并用唯象理论拟合，证明逆挠曲电效应导致晶格突变(c)；(d-g)第一性原理计算研究PbTiO3中180°和90°畴壁的原子结构，计算出挠曲电系数；(h-k)逆挠曲电效应对180°和90°畴壁结构影响的示意图。

三、定量电子显微分析

　　铁电材料的核心物理特性是铁电极化，即阴/阳离子间的相对位移。利用基于加权超定回归算法的二维高斯拟合技术，发展定量电子显微分析方法，从实验图像中精确地提取每个单胞的离子相对位移，进一步拓展为对晶格应变、晶格旋转等重要的结构参量进行定量解析。其中具有代表性的研究成果有通量全闭合畴结构（Science 2015，详见金属所主页报导：金属所研究人员在铁电材料中发现通量全闭合畴结构）、半子晶格、极化波等系列铁电拓扑畴结构的发现等。

图释：通过对原始高分辨照片(A)定量标识每个单胞的离子相对位移(B)，清晰地展示了铁电通量全闭合畴结构的极化构型[Science 348 (2015) 547]。
社会任职：
获奖及荣誉：

2022年获师昌绪青年科技人才基金

2021年沈阳市高层次人才认定——领军人才。

2020年辽宁省自然科学一等奖（排名第四）

2020年中国硅酸盐学会微纳技术分会“卓越青年讲席”
代表论著：

　　共发表100余篇论文，其中共同第一/通讯作者论文26篇，包括1篇Nature Materials、2篇Nature Communications、1篇Nano Letters、5篇Acta Materialia等。

　　注：#代表同等贡献作者，*代表通讯作者

1) Wang,Y.-J.#;Feng,Y.-P.#;Tang,Y.-L.;Zhu,Y.-L.;Cao,Y.;Zou,M.-J.;Geng,W.-R.;Ma,X.-L.* Polar Bloch points in strained ferroelectric films. Nature Communications 2024,15,3949.

2) Fang,Z.;Wang,Y.-J.*; Guo,X.-W.;Tang,Y.-L.;Zhu,Y.-L.;Ma,X.-L. Creating charged domain walls in PbTiO3/LaCoO2.5 superlattices by oxygen vacancy engineering. Physical Review B 2024,109,035304.

3) Wang,Y. J.;Tang,Y. L.;Zhu,Y. L.;Ma,X. L.* Entangled polarizations in ferroelectrics: A focused review of polar topologies. Acta Materialia 2023,243,118485.（综述）

4) Gong,F. H.#;Tang,Y. L.#;Wang,Y. J.#;Chen,Y. T.#;Wu,B.;Yang,L. X.;Zhu,Y. L.;Ma,X. L.* Absence of critical thickness for polar skyrmions with breaking the Kittel's law. Nature Communications 2023,14,3376.

5) Zhang,H.;Feng,Y. P.;Wang,Y. J.*;Tang,Y. L.;Zhu,Y. L.;Ma,X. L. Strain phase diagram and physical properties of (110)-oriented PbTiO3 thin films by phase-field simulations. Acta Materialia 2022,228,117761.

6) Guo,X. W.;Zou,M. J.;Wang,Y. J.*;Tang,Y. L.;Zhu,Y. L.;Ma,X. L. Effects of anisotropic misfit strains on equilibrium phases and domain structures in (111)-oriented ferroelectric PbTiO3 films. Acta Materialia 2021,206,116639.

7) Wang,Y. J.#;Feng,Y. P.#;Zhu,Y. L.*;Tang,Y. L.;Yang,L. X.;Zou,M. J.;Geng,W. R.;Han,M. J.;Guo,X. W.;Wu,B.;Ma,X. L.* Polar meron lattice in strained oxide ferroelectrics. Nature Materials 2020,19,881-886.

8) Wang,Y. J.;Tang,Y. L.;Zhu,Y. L.*;Feng,Y. P.;Ma,X. L.* Converse flexoelectricity around ferroelectric domain walls. Acta Materialia 2020,191,158-165.

9) Guo,X. W.;Wang,Y. J.*;Zhang,H.;Tang,Y. L.;Zhu,Y. L.;Ma,X. L.* Misfit strain-temperature phase diagram of multi-domain structures in (111)-oriented ferroelectric PbTiO3 films. Acta Materialia 2020,196,539-548.

10) Liu,Y.#;Wang,Y.-J.#;Zhu,Y.-L.*;Lei,C.-H.;Tang,Y.-L.;Li,S.;Zhang,S.-R.;Li,J.;Ma,X.-L.* Large Scale Two-Dimensional Flux-Closure Domain Arrays in Oxide Multilayers and Their Controlled Growth. Nano Letters 2017,17,7258-7266.

学术活动（近期国际国内会议报告及任职等） 

2024年6月，大湾区显微科学与技术联盟夏季论坛，中国，东莞，邀请报告

2024年5月，国际相场大会，中国，杭州，口头报告

2023年11月，亚洲铁电会议，中国，澳门，邀请报告

2023年11月，电子显微学&材料科学国际研讨会，中国，澳门，邀请报告

2023年5月，第六届材料微结构与性能学术会议，中国，杭州，邀请报告

担任Nature Communications，Acta Materialia等期刊的审稿人。
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