重费米子材料，或重电子材料，特指这样一类材料，其中电子由于集体行为在低温下具有很高的有效质量，甚至可以超过质子的质量。重费米子现象一般出现在f电子体系，但也有部分的d电子重费米子材料。这些材料往往呈现出复杂多变的奇异多体行为，如非常规超导、非费米液体、新奇量子临界行为等等。重费米子研究导致了众多开创性的发现，如第一个非常规超导体、第一个自旋三重态超导体、第一个三维拓扑近藤绝缘体。重费米子物理是强关联电子研究的传统领域，超越了传统的朗道费米液体理论和BCS超导理论的范畴，为探索强关联电子复杂多体行为的物理规律提供了一个切入点。本课题组围绕重费米子等强关联材料的理论和实验研究，探索强关联电子系统的基本性质，主要方向包括平衡和非平衡条件下多电子系统中的演生现象、非常规超导机理、量子相变、量子临界区的准粒子行为、热电性质等等。迄今发表SCI论文100余篇。
*多电子系统中的演生现象
一般材料中的单电子行为可以用传统的能带结构理论很好地描述。但是在强关联电子材料如重费米子、铜氧化物和铁基超导等，电子之间存在很强的相互作用，从而表现出集体行为的模式，典型的如超导、铁磁性等，这些集体行为具有不同于单电子行为的特征规律，是一种演生（Emergent）现象。如何理解这些集体行为的物理起源，并发展合适的描述方法，是强关联理论的核心问题。针对重费米子问题，我们发展了重费米子二流体理论，基于f电子巡游和局域的双重性，比较系统地解释了大量的重费米子实验结果；基于量子临界涨落配对机制，提出了重费米子超导的唯象理论框架；基于杂化干涉图像，首个理论解释了重费米子Fano现象。针对量子顺电体系，我们提出了量子电偶极液态的新概念；针对Ni基超导体，我们提出了自掺杂Mott绝缘体的理论。我们目前的研究重点是重费米子二流体现象的微观理论与重费米子超导与量子临界理论，以及强关联体系中的非平衡物态与相变。
*强关联体系的数值计算
基于单电子近似的第一性原理方法（DFT）为理解材料的能带性质提供了比较好的近似，而对于库仑相互作用比较强的d或f电子材料，必须进一步采用强关联的计算方法，正确处理电子之间的关联效应。相关的方法包括动力学平均场方法（DMFT）、量子蒙特卡罗方法（QMC）、密度矩阵重整化群方法（DMRG）等。发展合适的强关联数值计算方法研究重要的强关联物理问题，并进而将之与第一性原理能带计算结合起来，定量地理解实际强关联材料中电荷、自旋、轨道、晶格等多自由度的相互影响，是本课题组的长期研究方向。借助于强关联数值计算，我们提出了铜氧化物中的kink结构的一种多体物理机制；结合第一性原理与强关联计算，我们还系统地解释了锰氧化物中的庞磁阻效应等系列实验现象。目前，我们正在努力发展基于DFT+DMFT的重费米子计算方法，同时尝试结合张量网络、机器学习等最新进展，发展强关联计算方法并以之研究重要的强关联问题，如强关联电子的局域-巡游二重性、（拓扑）量子相变等等。
*超导与稀磁半导体薄膜的生长与原位表征
1、铁基等超导材料的外延薄膜生长及其微结构和电输运性质研究。
2、新型稀磁半导体薄膜的外延生长及其输运性质研究。
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