徐刚教授任职于华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心，长期从事凝聚态物理的前沿理论研究和新型功能材料的奇异物性探索，具有良好的理论功底和广泛的实验合作经验，工作兼顾基础物理研究和实际材料应用，在拓扑物质态、强关联和非常规超导体系以及二维功能材料等领域取得了多项国际一流的研究成果。

一、新型拓扑物质态和拓扑材料的探索与研究

凝聚态材料按照其电子态的拓扑性质进行分类的概念是凝聚态理论近年重大的研究进展之一。拓扑材料作为全新的量子物态，因其丰富奇特的电子特性以及在未来自旋电子器件和容错量子计算机中的潜在应用价值，在世界范围内得到了快速发展，成为凝聚态物理中一个重要的研究领域。

2011年，徐刚教授与合作者将凝聚态中电子态按照拓扑分类的概念从绝缘体推广到了半金属（semimetal），定义了一种新的拓扑物质态——双外尔半金属，论证了Weyl node在铁磁的三维强拓扑情况下存在的必然性，成功预言了铁磁半金属HgCr₂Se₄中受拓扑保护的double-Weyl费米子。该工作所撰写的论文是拓扑半金属领域的经典文献之一，并被评为编辑推荐文章，《物理》杂志（Physics）也同步刊登了介绍文章，目前引用超过650多次。2017年，徐刚教授发现并提出了一种特殊三维蜂窝状模型，该模型可以实现理想外尔半金属、三维拓扑绝缘体、节点线半金属等丰富多样的拓扑物态。结合第一性原理计算，发现LnSI(Ln=Lu，Y和Gd)系列材料的电子结构完全符合上述模型，具有相应的非平庸拓扑态；其中，LuSI、YSI是三维拓扑绝缘体，GdSI是只有两对外尔节点的理想外尔半金属。目前，GdSI引起了多个实验组的浓厚兴趣，为外尔物理的研究提供了理想的平台。

在量子反常霍尔效应方面，徐刚教授提出了两种新方案，可以实现高温量子反常霍尔效应。一是从模型上论证了二维磁性kagome晶格中实现本征量子反常霍尔效应的可行性，指明了单层Cs₂Mn₃F₁₂薄膜等一类实现大能隙、高工作温度量子反常霍尔效应的新材料。二是提出把两种拓扑平庸的铁磁绝缘体长在一起形成异质结，在其界面上通过调制实现反带和拓扑非平庸的量子反常霍尔效应。这两个方案对于提高量子反常霍尔效应的工作温度及其实际应用和器件化具有重要意义。

徐刚教授在拓扑超导态方面提出了两种新思路。2014年，徐刚教授与合作者论证了在具有奇数个自旋极化费米面的半金属（half-metal）和s波超导体的界面上，通过自旋轨道耦合与近邻效应，可以形成p+ip的拓扑超导态；并通过第一性原理计算，预言了两种备选材料。2016年，徐刚等提出在本身超导的拓扑金属FeSe_0.5Te_0.5的表面上可以存在稳定的Dirac型表面态，并通过模型论证了该拓扑表面态受体材料的近邻效应，可以自发地诱导出二维拓扑超导态。目前，丁洪实验组已经在FeSe_0.5Te_0.5体系中观测到了疑似的马约拉纳零能模。

二、强关联系统和非常规超导的物性和机理研究

高温超导电性是一个具有巨大应用前景和重要科学意义的研究课题，该战略性研究方向得到了世界各国的大力支持。在博士研究生阶段，徐刚与导师方忠根据第一性原理计算对LaOFeAs系列材料的电子结构和磁性相图进行了研究，首先指认了FeAs层及其磁不稳定性在铁基超导中的关键作用，分析了可能的超导配对形式。该工作在铁基超导研究领域处于基础地位，相关论文入选了“2008年中国百篇最具影响国际学术论文”，目前引用270多次。

徐刚、方忠等与王楠林研究组合作研究了LaOFeAs在150K的相变，成功预言了铁基超导母体中的条纹状反铁磁基态，并被随后的中子散射实验所证实。条纹状反铁磁的发现在铁基超导领域具有里程碑式的意义，他们提出的基于费米面嵌套的自旋密度波（SDW）磁性机制对于人们深入理解铁基超导体中的磁性涨落与超导电性的关系具有重要的指导作用。该成果入选“2008年中国百篇最具影响国际学术论文”，也是铁基超导被评为2013年度“国家自然科学一等奖”的重要成果之一，目前引用750多次。

此外，徐刚等还系统研究了铁基超导材料的电子结构在电子掺杂和空穴掺杂两侧的不对称性以及与之相关的物理现象，预言了空穴掺杂导致的从条纹状反铁磁到check-board反铁磁的量子临界转变，分析了两种磁序的竞争关系及其物理起源；与丁洪组合作指认了铁基超导材料K_0.8Fe_1.7Se₂中Γ点空穴型费米面的缺失，对铁基超导的s+/-波配对机制提出了新的挑战。

三、二维功能材料研究

二维材料及其异质结受到维度限制效应，电子的关联程度会大大加强，各自由度之间的耦合和竞争使得可调控手段大大增加，因而呈现出丰富的物理特性，在新型自旋、电子器件设计方面具有极大的应用前景，成为了国内外研究热点。徐刚教授研究了多种二维介观材料的电子结构，光、电、磁等物理特性，取得了多项国际一流的研究成果。他计算研究了MoS₂系列材料中谷电子结构随层厚、张力、元素替代等因素的演化，其理论计算结果很好地解释和印证了实验观测，对该类材料中的谷电子位置调制具有重要的指导作用。他还对WSe₂中的圆偏光光伏效应和双色性以及黑磷中的线偏光的双色性吸收进行了研究，相关计算和理论分析准确抓住了物理本质，成功地解释了这些奇异的光学特性。

未来，徐刚教授将继续致力于凝聚态物理的前沿理论研究和新型功能材料的奇异物性探索，与实验紧密结合，着眼于实际应用，推动凝聚态物理在提高国家科技竞争力、改善人民生活水平等方面发挥积极作用，致力于解决新型电子器件、材料、能源等方面的重要物理问题。具体将开展以下3个方面的研究工作：（1）拓扑物质态的探索和设计，特别是磁性拓扑半金属和拓扑超导体系；（2）强关联体系，特别是强自旋轨道耦合导致的多极矩物理和铁基超导体中的多轨道物理；（3）二维介观体系的电子结构和物性调制，特别是表面磁性、界面超导、异质结中的拓扑量子态等。

专家简介

徐刚，华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心教授，国家第十三批千人计划“青年项目”入选者。主要从事新奇物性和材料的第一性原理计算和理论研究，发表学术论文36篇，其中《自然》子刊、《物理评论快报》（PRL）等国际期刊16篇，另有两篇论文入选“2008年中国百篇最具影响国际学术论文”，总被引4  500多次，H因子22。