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多铁材料
多铁材料是一类同时具有两种铁性序参量的材料，例如同时具有铁磁和铁电序。多铁材料是实现磁电交叉调控的重要材料，对低能耗存储和操控有重要的意义。本课题组将结合理论推导、第一性原理计算和有效哈密顿量方法探索多铁材料在不同尺度的耦合机制以及与光的相互作用。
非线性光电响应和磁光响应
光作为振荡的电磁波，可以与材料的磁和电性质相互作用。由于光场具有频率、波矢、偏振等特征，光场可以与材料中不同的自由度发生耦合，产生丰富的物理现象。同时，光学手段，尤其是高阶光学过程，也是探测材料磁性和电极化的强有力的工具。和传统探测磁性和极化的手段相比，利用光学手段表征和调控材料具有诸多优势，是一种无创的测量和调控手段，同时超快光学技术的发展也使得光学调控可能实现具有高时间分辨和高空间分辨的测量和调控。 对于同时具有电极化和磁性的材料，也就是多铁材料，两者与光场的作用会相互干涉，产生传统材料不具有的非互易光学响应，也就是光学响应会随光的入射方向改变。这类具有强非互易响应的材料可以类比于电子器件中的二极管，是基础而不可取代的一类光学元器件。本课题组将结合理论模型研究、第一性原理计算和紧束缚哈密顿量计算的方法探索多铁材料在不同尺度的耦合机制以及与光的相互作用。
固体量子比特材料的设计与优化
量子比特是量子计算、量子通讯和量子测量等应用的基础单元，而固体材料中深能级缺陷的自旋态就是一种很有潜力的量子比特。固态缺陷形成的量子比特具有相干时间长、工作温度高、方便携带等优点。本课题组将利用第一性原理计算和已开发的计算量子比特退相干时间的模型哈密顿量方法，研究不同材料缺陷能级以及量子退相干时间等性质及其调控。
