理论计算在磁性拓扑材料研究中极其重要。借助于第一性原理计算，磁性拓扑材料由于其特殊的电子结构而展现出诸多奇异的电/热输运性质，如手征反常引起的负磁电阻、强贝利曲率产生的内禀大反常霍尔/能斯特效应等，在自旋电子学以及热电转换方面具有广阔的应用前景。本方向通过对磁性拓扑单晶块体/薄膜进行电/热输运表征，不仅可以揭示其内在的电子结构，还可以为拓扑热电应用奠定基础。侧重从晶格、电子、自旋、轨道、价键等内禀层面提出材料设计和物性调控的思想和方法。
在Heusler合金、MMX合金、d-metal合金、Shandite化合物、Rare-earth化合物等体系中，以新材料设计/预测、单晶生长、薄膜生长、器件微加工、块体/薄膜器件为研究手段，开展磁性拓扑半金属材料电/热输运的研究，涉及原子有序占位、磁交换作用、拓扑电子特征、横向霍尔/能斯特效应、极低温/强磁场/等静压/低维尺寸下的相变与输运行为、共价杂化与磁性的竞争、磁性-拓扑-关联效应的耦合、朗道相变/拓扑相变/量子相变行为等。侧重从晶格、电子、自旋、轨道、价键等内禀层面提出材料设计和物性调控的思想和方法。以理论预测+实验探索为方式，开展磁性功能新材料的设计和实现，研究挖掘其奇异物理行为和规律，并探索拓扑自旋电子学、拓扑热电等原理性功能应用。
Researches on the electrical and thermal transports of magnetic topological semimetal materials are carried out by means of new material design/prediction, single crystal growth, thin film growth, device microfabrication, and bulk/thin film device studies, in the systems such as Heusler alloys, MMX alloys, d-metal alloys, Shandite compounds, and Rare-earth compounds. These researches involve the ordered occupation of atoms, magnetic exchange interactions, topological electronic characters, transverse Hall/Nernst effects, phase transitions and transport behaviors under extreme conditions, low dimensions, the competition between covalent hybridization and magnetism, the coupling of magnetic-topological-correlation effects, and the behaviors of Landau phase transitions, topological phase transitions, and quantum phase transitions, etc.
理论计算在磁性拓扑材料研究中极其重要。借助于第一性原理计算，磁性拓扑材料由于其特殊的电子结构而展现出诸多奇异的电/热输运性质，如手征反常引起的负磁电阻、强贝利曲率产生的内禀大反常霍尔/能斯特效应等，在自旋电子学以及热电转换方面具有广阔的应用前景。本方向通过对磁性拓扑单晶块体/薄膜进行电/热输运表征，不仅可以揭示其内在的电子结构，还可以为拓扑热电应用奠定基础。侧重从晶格、电子、自旋、轨道、价键等内禀层面提出材料设计和物性调控的思想和方法。
磁性拓扑材料由于其特殊的电子结构而展现出诸多奇异的电/热输运性质，如手征反常引起的负磁电阻、强贝利曲率产生的内禀大反常霍尔/能斯特效应等，在自旋电子学以及热电转换方面具有广阔的应用前景。本方向对磁性拓扑单晶块体/薄膜进行电/热输运测量和研究，发现规律，建立模型，提升性能，不仅可以揭示其内在的电子结构，还可以为拓扑热电应用奠定基础。
1. Enke Liu, et al. Giant anomalous Hall effect in a ferromagnetic kagome-lattice semimetal. Nature Physics 14, 1125-1131 (2018). 首个磁性外尔半金属的实现（Co3Sn2S2）
2. Defa Liu, et al. Magnetic Weyl semimetal phase in a Kagomé crystal, Science 365 1282-1285 (2019). 磁性外尔费米子的首次谱学验证
3. Shen Zhang, et al. Scaling of Berry-curvature monopole dominated large linear positive magnetoresistance. PNAS 119, e2208505119 (2022). 大线性正磁电阻及其贝利曲率模型的首次建立
4. Meng Lyu, et al. Modulation of the Nernst Thermoelectrics by Regulating the Anomalous Hall and Nernst Angles, Advanced Science 12, 2411702 (2025). 反常能斯特热电的反常霍尔角+反常能斯特角调控方案首次提出
5. Enke Liu. Electronic transport probes a hidden state, Nature Physics 20, 356–357 (2024). 观点评论：输运测量可用于揭示量子隐藏态
6. Shen Zhang, et al. Scaling the topological transport based on an effective Weyl picture, Applied Physics Reviews 12, 021409 (2025). 提出了等效外尔模型和电-热输运符号决定规律
生长高质量薄膜样品，利用先进微加工技术设计并制备基础输运研究型器件及面向应用的功能器件。研究磁性拓扑材料低维尺度下的新奇拓扑输运物理，获得维度增强的物理性能，实现二维极限下拓扑量子输运行为，研究基于新原理新效应的拓扑自旋电子学器件，为新兴的拓扑存储、拓扑逻辑、拓扑传感等下一代应用奠定基础。
1. Jinying Yang, et al. Modulation of the anomalous Hall angle in a magnetic topological semimetal. Nature Electronics 8, (2025). 首次实现巨反常霍尔角与磁性外尔霍尔传感
2. Qiuyuan Wang, et al. Magnetism modulation in Co3Sn2S2 by current-assisted domain wall motion, Nature Electronics 6, 119–125 (2023). 首次实现超低临界电流密度驱动磁畴壁运动
3. 刘恩克. 磁序与拓扑的耦合: 从基础物理到拓扑磁电子学. 物理学报 73, 017103 (2024). 专题展望：磁性拓扑物理与材料的发展
磁性马氏体相变兼有铁磁性和铁弹性两大铁性特征，表现出大热滞后、大热效应、非线性等一级相变行为。相比传统马氏体相变材料，磁性马氏体相变材料在相变前后具有较大的磁性差异。除了温度与应力以外，磁场也可以有效驱动马氏体相变。我们在MMX六角合金中发现了“居里温度窗口”效应、提出了“等结构合金化”调控方法，发现了全过渡族all-d-metal Heusler合金新家族，实现了磁场驱动马氏体相变、磁热效应和优异力学性能，被广泛用于弹热制冷材料的研究。同时，我们采用温度、磁场、压力等外场对磁相变行为进行多场调控。
1. Enke Liu, et al. Stable magnetostructural coupling with tunable magnetoresponsive effects in hexagonal ferromagnets, Nature Communications 3, 873 (2012). 首次提出等结构合金化思想与居里温度窗口效应
2. Zhiyang Wei, et al. Realization of multifunctional shape-memory ferromagnets in all-d-metal Heusler phases, Applied Physics Letters 107, 022406 (2015). 首次提出并实现全过渡族Heusler合金
3. Qingqi Zeng et al., Observation of atomically displacive transformation out of the boundary-reconstructive phase competition, Acta Materialia 262, 119429 (2024). 首次在扩散型相界多相竞争中发现马氏体相变
4. Qiusa Ren, et al. Observation of strain-spin dual-glass state in all-d-metal Heusler alloy Ni2MnTi, Acta Materialia 292, 121032 (2025). 首次发现应变玻璃与自旋玻璃双玻璃态
采用中子散射和μSR等谱学手段研究磁性拓扑量子材料的结构和动力学行为，包括晶体结构、磁结构、原子动力学和自旋动力学等，并借助磁、电、热等物性测量对材料的物性进行多角度表征和解析。在无序系统原子和自旋动力学方面取得的成果：国际上首次实现了金属性一维自旋1/2磁性链材料，开创了一维关联金属中量子临界和近藤物理的新研究；实验上首次观测到了金属玻璃中的高频横声子和玻色峰的动量依赖特性，为非晶动力学理论提供关键证据；从局域结构畸变视角揭示MgAgSb的超低热导机制，为热电材料设计奠定重要基础；发现了块体MnNiGa 中的双磁性斯格明子磁矩的面内旋转有序性，提出了开发这一额外自由度用作信息载体的设想。
代表性工作
1. Xiyang Li* et al., Frustrated Spin-1/2 Chains in a Correlated Metal, Nature Materials 24, 716 (2025). 国际上首次实现了金属性一维自旋1/2磁性链材料Ti4MnBi2
2. Xiyang Li† et al., Spatial Correlation at the Boson Peak Frequency in Amorphous Materials, Nature Communications (2025). 国际上首次报道了玻色峰的动量依赖特性
3. Xiyang Li† et al., Observation of High-frequency Transverse Phonons in Metallic Glasses, Physical Review Letters 124, 225902 (2020). 实验上首次测到了大块金属玻璃中的高频横声子
4. Xiyang Li† et al., Ultralow Thermal Conductivity from Transverse Acoustic Phonon Suppression in Distorted Crystalline α-MgAgSb, Nature Communications 11, 942 (2020). 从局域结构畸变视角揭示MgAgSb的超低热导机制
5. Xiyang Li† et al., Oriented 3D Magnetic Biskyrmions in MnNiGa Bulk Crystals, Advanced Materials 31, 1900264 (2019). 发现了块体MnNiGa 中的双磁性斯格明子磁矩的面内旋转有序性
课题组先后承担项目：中科院战略先导专项B类，国家基金委基础科学中心项目、重大项目、“优青”基金，科技部“物态调控”专题重点研发计划，中科院重大科研仪器研制项目，中科院建制化科研项目，北京市基金委重点专题，合肥强磁场科学中心高端用户基金。
