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邓剑波

单位: 兰州大学物理科学与技术学院

研究方向:1. kerr横时空的几何结构和Newman-Penrose框架; 2. 量子计算; 3. 人工智能研究。

个人主页: http://phy.lzu.edu.cn/lzupage/2013/04/08/N20130408133002.html


个人简介:     

邓剑波,兰州大学本科毕业,主要研究方向有 粒子物理、引力理论与宇宙学、拓扑场论, 凝聚态理论,其本人多次在国内和国际会议上做大会或分会报告。发表科研(SCI)论文二十余篇(其中SCI-1 区三篇),担任Int J Hydrogen Energy、Surface Science、Physica E 、EPJAP(European Physical Journal - Applied Physics)、 Journal of Magnetism and Magnetic Materials、Journal of Alloys and Compounds的审稿人。发表多项专利, 担任金海能国际机电设备(北京)有限公司首席科学家。2007年获兰州大学“师德标兵”称号,2013年获得国际埃尼奖候选提名。


项目名称:

1. kerr横时空的几何结构和Newman-Penrose框架

2. 量子计算

3. 人工智能研究


研究成果:

科研工作主要集中在广义相对论与计算物理两个方面。


1. 关于广义相对论的研究:

1905年爱因斯坦通过推导和解释洛伦兹变换公式建立了狭义相对论,此后坐标变换问题成为了大家关注的焦点。由于洛伦兹变换公式只解决了匀速坐标系间的变换问题,这使得物理学家非常困惑,甚至提出了许多质疑(如“双生子佯谬”等),因而关于加速坐标系的变换问题摆到了人们面前。直到1915年爱因斯坦建立了广义相对论,才使得这一问题有了解决的可能,这一问题直到上世纪50年代才真正取得了一些进展——莫勒等科学家找到了坐标系间做直线匀加速运动的变换公式。上世纪80年代王永久等人推导出了坐标系间做直线变加速运动的变换公式。

通过长期不懈的努力和潜心研究,这一问题终于在近年来得到了进一步的突破。我们找到了坐标系间做任意变加速的关系——“广义莫勒变换公式”,这一成果已发表在“Communications in Theoretical Physics”(SCI)杂志上。值得指出的是我们不仅推导出了变换公式,并且从广义相对论的角度提出了用时空定义和测量加速度的方法,同时也提出了用时空定义惯性系的方案,这对我们进一步深刻认识物理世界有着较为重要的哲学指导意义。后续的研究工作正在积极的进行之中。

此外,关于引力场和宇宙论的研究也取得了较好的进展,近期又有数篇论文发表在了的SCI杂志上。


2. 计算物理方面的研究工作:

 2004年英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫制备出了石墨烯材料,并发现它所具有的非凡属性,向世界展示了量子物理学的奇妙(两位科学家因此项研究获得了2010年度的诺贝尔物理学奖)。 石墨烯的发明很快引起了各国科学家的广泛关注。 我们自2005年就开始了对石墨烯材料的研究工作 --- 用计算机软件基于第一性密度泛函理论对石墨烯从力学性质、导电性质到掺杂与吸附等多方面进行了探索与研究;经过几年的努力,终于取得了一些成果。其中两项较为重要的成果已写成论文 “Open space for the physisorption of Hydrogen: cointercalation of graphite with Li, Ti metal atoms and ethylene molecules” “Titanium-embedded graphene as high-capacity hydrogen-storage media” 并被发表在了Elsevier的International Journal of Hydrogen Energy(SCI一区)杂志上 。其中第一项工作的主要内容是基于石墨烯掺杂碱金属原子,用过渡金属原子和有机小分子吸附氢气分子的方法,使用量子化学软件ESPRESSO对夹层石墨烯掺杂Ti金属原子和乙烯分子做了数值模拟,以确定结构稳定后的夹层石墨烯的层间距。在基于别人的实验工作基础上判断此时的结构能否达到物理吸附氢气分子的极大值。数值模拟表明夹层石墨烯层间距达到7.6A时,收敛后结构总能最低即此时的结构是最稳定的。这个结果接近石墨烯层间物理吸附氢气分子的实验最优值,达到了初步的预期结果。第二项工作的主要内容则是对石墨烯嵌入Ti原子,使用量子化学软件ESPRESSO对夹层石墨烯做数值模拟,结果发现这种结构不仅稳定并且具有很高的储氢能力。用石墨烯储氢是一个很有潜力的发展方向。


量子蒙特卡罗方法是研究关联多粒子体系的电子结构的一个非常强大的工具,我们可以直接的处理多粒子相互作用,并且它与粒子数相关的计算标度非常良好。对包含周期表中第一行和第二行元素的凝聚态物质体系,它被视为一个基准的工具。对处理更加复杂的过渡金属和弱相互作用它更加有优势,因为量子蒙特卡罗方法可以直接处理电子关联,并且它的计算成本与体系大小之间的标度非常合理,一般和密度泛函理论相近(N 2-3)。我们应用了一个可以高效的模拟包含有相当多电子的凝聚态体系的量子蒙特卡罗框架,这个框架通过先进的数学算法和高效的并行运算来实现的。这个框架包含一个当前技术水平的量子蒙特卡罗程序包(包含变分蒙特卡罗、扩散蒙特卡罗和爬行蒙特卡罗等方法),使得我们可计算许多有趣的物理量。我们应用这些方法研究了氦二聚体、过渡金属体系和储氢材料(包括第一行前五个过渡金属元素的一氧化物以及非常有趣的二氢化镁储氢材料)。当存在实验值可比时,量子蒙特卡罗的结果与之符合的非常好,只有很少数例外同时也被我们讨论了。对于没有实验值可比的结果,它能帮助我们解释和判断模棱两可的实验,并指明实验的方向。前期的工作已写成文章“Quantum Monte Carlo calculated potential energy curve for the helium dimer” “Benchmark Quantum Monte Carlo Calculation Of The Enthalpy Of Formation Of MgH2”并被发表在了 Journal of Chemical Physics(SCI二区)和International Journal of Hydrogen Energy(SCI一区)杂志上。


此外,应用第一原理研究哈斯勒(Heusler)合金的半金属性和计算稀有气体分子等工作也进展良好,相应也有数篇论文发表在了近期的SCI杂志上。

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