姚裕贵

姚裕贵，男，汉族，1971年3月出生，江西省庐山市人，无党派人士，中国科学院院士，北京理工大学杰出教授、物理学院院长，享受国务院政府特殊津贴专家，兼任美国物理学会会士、北京市政协委员。

姚裕贵先后获得物理学学士（1992年）、光学硕士（1995年）和力学博士（1999年）。随后，他在中国科学院物理研究所、美国德克萨斯大学奥斯汀分校从事博士后研究。2001年至2011年，他相继担任中国科学院物理研究所助理研究员、副研究员、研究员。2011年10月，姚裕贵被调到北京理工大学工作。2012年，姚裕贵获得国家杰出青年基金资助并入选长江学者特聘教授计划。2016年，他入选国家万人计划中的科技创新领军人才计划。2020年，姚裕贵经批准享受国务院政府特殊津贴。2022年10月，姚裕贵当选美国物理学会会士。2025年11月21日，姚裕贵当选为中国科学院院士。

姚裕贵的研究方向为凝聚态物理、计算物理和材料物理。2018-2025年，他连续8年入选科睿唯安信息服务（北京）有限公司高被引科学家名单。姚裕贵曾获中国科学院杰出科技成就奖、国家科学技术奖自然科学奖二等奖、教育部自然科学二等奖等荣誉。

人物经历

教育经历

1988年，姚裕贵毕业于庐山市第一中学（原星子中学）。

1992年，姚裕贵从南开大学物理科学学院毕业并获得物理学学士。随后，他进入中国科学院上海光学精密机械研究所学习，于1995年毕业并获光学硕士学位。1999年，姚裕贵毕业于中国科学院力学研究所并获得力学博士学位。

工作经历

1999-2001年，姚裕贵进入中科院物理研究所博士后流动站，出站后留所担任助理研究员。2001-2003年，他前往美国德克萨斯大学奥斯汀分校物理系从事博士后研究。2004年，姚裕贵担任中国科学院物理研究所副研究员，2007年被破格提升为研究员。2009年，他再次前往德克萨斯大学奥斯丁分校做访问学者。

2011年10月，姚裕贵被调到北京理工大学工作，任教授、博士生导师、理论和计算物理中心主任、北京理工大学物理学院副院长。

2012年，姚裕贵获得国家杰出青年基金资助并入选长江学者特聘教授计划。2014年，他入选科技部中青年科技创新领军人才计划。2016年，他又入选国家万人计划中的科技创新领军人才计划。2020年，姚裕贵享受国务院政府特殊津贴。

2022年10月，姚裕贵当选美国物理学会会士。2023年1月，他当选第十四届北京市政协委员。2025年11月21日，姚裕贵当选为中国科学院院士。

研究方向

研究方向为凝聚态物理、计算物理和材料物理，具体为：

（1）发展材料物性的量子理论和先进计算方法，研究材料中反常霍尔效应、自旋霍尔效应、轨道霍尔效应、平面霍尔效应、热电效应、磁光效应、磁阻、磁矩以及拓扑等量子新奇物性，特别关注自旋轨道耦合体系的电子结构、贝里相位与量子物性之间的关系；在此基础上开发和设计相应的高性能并行计算软件包。

（2）结合理论设计、计算模拟和实验探索，研究各种新型量子功能材料（如拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体、二维层状量子材料等）、高能密度材料及其相关物性；通过研究光与物质的相互作用机理，设计出高效光能源量子转换材料，以及具有新奇光电效应的新材料。

（3）与实验紧密结合，瞄准量子功能材料的前沿及应用，设计量子功能材料并探索其新奇物性，开发新一代元器件（如红外光电器件、新能源器件、传感和测量器件、存储计算器件、通讯器件、自旋电子器件、光电池和光催化器件等）。

科研成就

科研综述

姚裕贵一直从事凝聚态计算和理论研究，围绕固体中的贝里相位效应，在反常霍尔效应（AHE）、硅烯、拓扑物理等方向，通过方法创新，开展了系统研究，取得了原创性成果，多个理论预言被实验证实，部分成果写进了教科书和专著。主要有：发展了AHE的计算方法，改变了人们对 AHE 的传统认识，是该领域开创性工作；引领了硅烯等二维拓扑材料的研究，所提出的理论模型被冠名；建立了晶体中演生粒子的百科全书，指导了演生粒子的搜寻和实现，成功预测了新物理效应。此外姚裕贵还为解决国家急需、学科发展和科普事业做出了重要贡献。姚裕贵等结合机器学习发展了国防领域急需的基于微小药量含能材料的能量释放性能及感度快速检测新方法，颠覆了传统检测方法，已应用于含能材料研究和生产环节，相关专利已得到实施，并获批科工局HZY专项项目。

反常输运研究　

AHE是磁性材料中最基本的物理现象之一，也是诸多低功耗量子效应的理论基石。自1881年被发现以来人们对它的物理起源一直存在争议，主要原因在于当时的理论模型无法定量解释实验结果，甚至不能定性理解AHE，例如“为什么典型铁磁材料Fe的反常霍尔电导率是正值，而Ni的反常霍尔电导率是负值？”争论的焦点集中在于“其主导机制是内禀的还是外在的？过去，人们通常认为AHE是由外在散射机制主导，而忽略了内禀贝里相位机制的影响。

2004年，姚裕贵等率先发展了计算反常霍尔电导率的第一性原理方法，定量研究了AHE中基于贝里相的内禀机制，指出了内禀机制贡献的重要性。该工作解决了长期悬而未决的科学难题，即“内禀机制贡献在AHE中是否重要”，颠覆了此前“外在机制占主导，内禀机制不重要”的传统认识，实质性地推动了该领域的迅速发展[PRL 92, 037204 (2004), SCI引用837次]。该理论工作被美国橡树岭国家实验室和德国汉堡大学等的独立实验所证实。此外还受到著名计算物理学家、美国科学院院士David Vanderbilt教授的高度评价，他在2006年Rahman奖（美国物理学会计算物理最高奖）的获奖报告中称其为贝里相应用到材料电子结构理论中的重要进展；2012年Vanderbilt教授在综述文章[REV Mod. Phys. 84, 1419 (2012)]中再次指出姚裕贵等关于贝里曲率的第一性原理计算是开创性的工作，并且直接引用了该工作的一幅原图。此外，在另一项工作[PRB 74, 195118 (2006)]中，Vanderbilt教授研究组采用姚裕贵等的方案结合全新Wannier插值技术重复了该工作。著名物理学家日本东京大学N. Nagaosa教授等人在关于AHE的Rev. Mod. Phys.综述文章中给予该工作高度评价和充分肯定[Rev. Mod. Phys. 82, 1539 (2010)]，并直接引用该工作中的两幅原图。上述工作还被德国和美国两个实验组分别独立证实，并在摘要中重点引用[PRB 84, 220504(R) (2011), PRB 73, 224435 (2006)]。2006年，姚裕贵进一步与美国田纳西大学H. H. Weitering教授实验组合作，提出了AHE内禀和外在贡献的普适分解方法，并给出AHE中内禀电导率和磁化强度成线性关系的理论解释及定量计算方法[PRL 96, 037204 (2006), SCI引用213次]，该工作收录于 Wiley出版社出版的 Michael P. Marder教授的《Condensed Matter Physics》教科书中第二版第17章504页。

反铁磁材料中通常不存在AHE，姚裕贵等近期提出了在一大类具有时空反演对称性的反铁磁体中可实现面内AHE，并给出了其普适理论和可行的材料设计方案，进一步拓展了AHE 理论，发表在Phys. Rev. Lett. [PRL 130, 166702 (2023)]；并通过与实验合作首次构筑出异维超晶格结构，在其中发现了室温下显著的面内 AHE，与理论预测相符，该工作发表在Nature,姚为理论的唯一通讯作者[Nature 609, 46 (2022)]。基于电场对贝里曲率和能带结构的调控，姚裕贵等人提出霍尔效应的“电场版本”，即电致霍尔效应和量子电致霍尔效应[PRL 135, 116301 (2025)]。

在此基础上，姚裕贵等发展了计算自旋霍尔电导率的第一性原理方法，系统地研究了半导体和简单金属的自旋霍尔电导率[PRL 95, 156601 (2005)和PRL 94, 226601 (2005), SCI引用依次为174次和149次]。同时提出了石墨烯中通过吸附铁原子或者将其放在铁磁绝缘体上实现量子反常霍尔效应的全新方案[PRB 82, 161414 (R) (2010), SCI引用629次；PRB 84, 195444 (2011), SCI引用226次]，该工作是最早的几个理论方案之一，激发了诸多后续理论和实验研究。进一步，姚裕贵等首先指出通过外场调控可在硅烯中实现谷极化的量子反常霍尔效应，即同时具有量子化的谷霍尔效应和反常霍尔效应[PRL 112, 106802 (2014), SCI引用358次]。

拓扑绝缘体研究

二维拓扑绝缘体的研究

拓扑绝缘体（TI）是一种内部绝缘、表面导电的量子材料，二维TI能够实现量子自旋霍尔效应（QSHE），可用于设计低功耗拓扑量子器件。美国科学院院士C. L. Kane首次提出在石墨烯中实现 QSHE，但姚裕贵等率先研究了石墨烯的自旋轨道耦合能隙大小并发现其为μeV量级，纠正了此前“纯石墨烯中自旋轨道耦合能隙约为meV量级”的普遍看法，并指出很难在纯石墨烯中观测到QSHE [PRB 75, 041401(R) (2007), SCI引用847次]。美国科学院院士C. L. Kane [Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010)]和诺贝尔奖获得者 A. K. Geim（石墨烯的发现者）[Rev. Mod. Phys. 81, 109 (2009)]分别在综述中正面引用了该工作。鉴于此，姚裕贵等还另辟蹊径提出在石墨烯中同时引入Rashba自旋轨道耦合和交换场作用以实现量子反常霍尔效应的全新方案，该工作是领域内早期最重要的理论方案之一[PRB 82, 161414 (R) (2010), SCI引用629次]，激发了后续众多研究，推动了该领域的发展。

2011年，姚裕贵等首次提出类石墨烯体系——“硅/锗/锡烯”是二维TI，并预言它们拥有更大的能隙[PRL 107, 076802 (2011), PRB 84, 195430 (2011)，前者在 PRL 创刊以来第一单位来自中国的论文中引用排名第二，在硅烯领域引用排名第二。这两篇理论工作引领了该领域的发展，分别被他引2134次和1117次]。World Scientific出版社出版的东北大学Z. F. Ezawa教授的《Quantum Hall Effects》专著第三版第21章收录了该工作，并进行了重点引用；引用最高的是2012年发表的实验工作[PRL 108, 155501 (2012)], 其中也重点引用了该代表成果。文中所提出的理论模型成为该领域很多理论研究工作出发的最重要基本公式，有超过310篇论文【不完全统计】第一个模型或公式即为该模型，甚至被有关文献称为LYFE模型（Y 是姚裕贵，L 和 F 是姚的学生）。文中提出的物理模型被广泛应用于新奇物理研究，包括姚裕贵等之后发表的2篇PRL工作：硅烯中谷极化的量子反常霍尔效应[PRL 112, 106802 (2014)，SCI引用358次]和拓扑高温超导[PRL 111, 066804 (2013)，SCI引用170次]等新奇的量子物理现象。该系列工作引发了类石墨烯等二维量子材料的实验研究热潮。与石墨烯相比，硅烯等具有强的自旋轨道耦合作用，能隙易调，更易谷极化，与当代成熟的硅基半导体工艺兼容等优势，预计在未来的自旋电子学和纳米电子学器件等领域具有广泛的应用前景。2012年，姚裕贵和实验者合作在金属银衬底上合成了硅烯[PRL 109, 056804 (2012); Nano Lett. 12, 3507 (2012)，SCI引用分别为658次和1173次]，是世界上最早合成硅烯的三个实验组之一。硅烯工作还可详见姚裕贵等人的综述[Prog. Mater. Sci. 83, 241(2016), SCI引用767次]。姚裕贵等相关工作引领了理论上研究和实验上合成硅/锗/锡烯的热潮。最近与实验合作观测到拓扑边缘态和拓扑相变，证实了姚裕贵的理论[PRL 130, 196401 (2023)，选为封面文章和编辑推荐]。

姚裕贵等还开辟了大能隙拓扑材料Bi4Br4体系的研究新方向。2014 年姚裕贵等预言了大能隙TI——单层 Bi4Br4，其体能隙远高于室温条件[Nano Lett. 14, 4767 (2014), SCI引用168次]，预期在低功耗器件中有着巨大的应用前景。随后带领团队制备了高质量单晶Bi4Br4并申请了相关专利，观测到各向异性红外吸收，超导电性等现象。2022年，姚裕贵等与实验合作在该体系中首次观察到室温下的量子自旋霍尔边缘态，并探测到与拓扑棱态相对应的量子输运现象，分别发表在Nat. Mater. [Nat. Mater. 21, 1111-1115 (2022)]和Nat. Phys. [Nat. Phys. 20, 776-782 (2024)]，验证了姚的预言。此外姚裕贵等人还预言了迄今为止最大能隙（>1eV）的二维TI——铋烷体系[PRB 90, 085431 (2014); NPG Asia Mater. 6, e147 (2014) , SCI引用分别为129次和248次]，推动了巨能隙TI的发展。

三维拓扑绝缘体的研究

姚裕贵等还率先发展了适用于任意体系的拓扑不变量Z2的第一性原理方法，国际上首次实现了无空间反演体系Z2的计算[Comput. Phys. Commun.183,1849 (2012)]，并利用该方法成功预测了一系列三维拓扑绝缘体，如半赫斯勒化合物 [PRL 105,096404 (2010), SCI引用330次; PRB 82, 235121 (2010), SCI引用174次]和黄铜矿化合物[PRL 106, 016402 (2011), SCI引用144次]。两个新体系中可能存在大量三维拓扑绝缘体，所预言的部分拓扑材料已被马里兰大学、波兰科学院、中科院物理所、上海科技大学的实验所证实。该系列工作发表以后立即引起同行的重视，相继被国内、外的权威期刊所引用，包括美国科学院院士张首晟教授在综述文章[Rep. Prog. Phys.75,096501 (2012)]中大篇幅引用姚裕贵的工作。此外，该系列部分研究成果被写入国外物理学研究生教材《The Physics of Semiconductors: An Introduction Including Nanophysics and Applications 》和两本学术专著《Contemporary Concepts of Condensed Matter Science, Vol. 6: Topological Insulators》和《半导体 Physics》。

在前期研究的二维拓扑绝缘体Bi4Br4基础上，姚裕贵等进一步指出范德·瓦耳斯三维材料beta-Bi4X4(X=Br, I)中可能实现理想的弱拓扑绝缘体相[PRL 116, 066801 (2016)]。随后，2019年日本实验组发表在Nature上的实验论文表明在beta-Bi4I4中的确观测到了弱拓扑绝缘体态[Nature 566, 518 (2019)]，并直接在摘要中重点引用了此工作。因此，beta-Bi4I4成为首个被实验证实的三维弱拓扑绝缘体。在物性调控方面，姚裕贵等率先发现alpha-Bi4Br4高压诱导的相变和超导电性[PNAS 1909276116 (2019)]；该系列工作引起了国内、外同行的广泛关注。此外，在三维拓扑绝缘体新奇物性方面，姚裕贵等人预言了本征拓扑绝缘体中存在能带反转诱导的反常等离激元[PRL 119, 266804 (2017)]；以及首次在手性反铁磁中发现了不依赖于自旋轨道耦合和能带交换劈裂的拓扑磁光效应及其量子化[Nat. Commun. 11, 118 (2020)]等。

演生粒子研究

基于群表示理论构建演生粒子百科全书及相关程序包开发

晶体中种类丰富的演生粒子可以为探索高能物理现象和发展低功耗电子器件提供新平台，但其研究不深入、不系统。姚裕贵等人基于晶体群理论，揭示了晶体中可能存在的所有演生粒子并进行了完整分类，构建了演生粒子的“元素周期表”，首次建立了演生粒子的百科全书。该工作统一了演生粒子的命名规则，并明确了演生粒子与晶体群之间的对应关系[Sci. Bull., 67(4), 345 (2022)]，该工作全文包括附件共计1200余页，已获得相关领域专家的极大关注。进一步给出了第三类磁群、第四类磁群、磁亚周期群中对称性保护的演生粒子[PRB 105, 085117 (2022), 1800余页; PRB 105, 104426 (2022), 1500 余页; PRB 107, 075405 (2023), 1000 余页]。演生粒子百科全书，不仅发现了全新类型的演生粒子，还指导了演生粒子的搜寻和实现，已成为有力工具。例如，首次发现拓扑荷为4（C-4 WP）的演生粒子、三次交叉保罗·狄拉克点以及当时间反演对称性破缺时磁单（双）群会出现单（双）群中不可能出现的对称性保护的演生粒子。该工作产生了跨领域的重大影响，包括声子和人工虚拟晶体等体系中的无自旋粒子，也给出了演生粒子、对称性条件、有效模型和拓扑特征之间的详细对应关系。例如[Sci. Bull., 67(4), 345 (2022)]已应用到物理、工程、材料、数学、化学和光学等领域，发表2年多已被引用192次，并入选 Sci. Bull. 年度“2023 Best Paper Award”。

围绕演生粒子研究，姚裕贵等人还开发了多个开源软件，用于系统地构造演生粒子的紧束缚/低能有效模型、计算三维空间群和磁群的（共）表示等，包括三维空间群表示和磁空间群表示相关的程序包SpaceGroupIrep和MSGCorep [Comput. Phys. Commun., 265, 107993 (2021); Comput. Phys. Commun., 288, 108722 (2023)]、用于构造磁性体系中低能有效模型的程序包MagneticTB 和MagneticKP [Comput. Phys. Commun., 270, 108153 (2022)；Comput. Phys. Commun., 290, 108784 (2023)]、用于计算声子谱不可约表示的程序包 PhononIrep [arXiv:2201.11350 (2022)]等。

演生粒子材料（如拓扑半金属）设计及其新奇物性研究

除了上述系统性工作和有用软件外，姚裕贵等人还预言了多种新物态、新材料以及新物理效应，并取得了一系列显著的原创性成果：理论与实验相结合，国际上分别首次发现二维Cu2Si、GdAg2中存在Dirac、Weyl节线费米子[Nat. Commun., 8, 1007 (2017), 引用255次; PRL 123,116401 (2019), 引用76次]；开创性提出了type-II节线半金属理论及材料实现[PRB 96, 081106(R) (2017), 引用186次]；成功预言了稳定的Dirac半金属材料Ta3SiTe6 [PRB 97, 045131 (2018), 引用144次]并被国外实验组所证实[PRM 5, 064203 (2021)]；同时，研究了type-II Weyl半金属在磁场下的新奇物性，提出了在type-II Weyl半金属中会出现不同寻常的磁光响应[PRL 117, 077202 (2016)，引用234次]；姚裕贵等人还提出了几种全新的固体准粒子概念以及材料实现，包括提出type-III Weyl费米子概念及其在(TaSe4)2I中的实现[PRB 103, L081402 (2021)]、自旋零带隙节线半金属[PRL 124, 016402 (2020); Nano Lett. 21, 8749 (2021)]，并发现了无序和拓扑增强的反常和自旋输运性质[PRL 129, 097201 (2022)]等；基于群理论，姚裕贵等人还提出反铁磁体中面内 AHE 的普适理论，已被实验证实[PRL 130, 166702 (2023)]；提出自旋-层耦合的全电控自旋新机制[PRL 133, 056401 (2024)]；提出实空间的能谷电子学：角态电子学概念[PRL 133, 176602 (2024)]和提出全新第四类二维共线磁相并实现反常霍尔效应[PRL 135, 036702 (2025)]等。

科研项目

姚裕贵先后主持国家自然基金创新研究群体项目、国家重点研发计划项目、KGJXXX重点专项、国家基金委重点项目、国家基金委面上项目、国家基金委国际（地区）合作与交流项目等。

学术论文

截至2025年8月，姚裕贵共发表SCI论文360余篇【包括Nature（4篇）、Phys. Rev. X/Lett.（49篇）、Phys. Rev. B/A/E/M/R（140余篇）、Nature子刊（29篇）】，在反常输运、硅烯、石墨烯、拓扑材料与物性等领域的研究成果具有重要国际影响并被同行包括多位诺贝尔奖获得者广泛引用，共被引用37000余次，单篇最高引用2600余次，7篇论文引用超过1000次，H指数91（以上为谷歌学术数据）。

人才培养

团队建设

2022年，姚裕贵带领北京理工大学物理学科入选国家一流学科建设名单（全国物理方向仅10所、工信部高校唯一入选基础学科），并带领北京理工大学物理学院获批中国科学技术协会“2021-2025年全国科普教育基地”（物理学基地仅5家）。2023年，他带领科普团队获评“全国青年文明号”。

学生培养

截至2025年8月，姚裕贵培养了30余名博士毕业生，他们中大多在高校或研究所工作并多人获得国家级青年人才称号。

教学成果

社会职务

参考资料

获得荣誉

参考资料

人物评价

姚裕贵老师厚实宽广的知识学养和丰富的研究经验是我们的宝藏，大家不管有什么问题找他请教，都会受益匪浅。（姚裕贵学生、北京理工大学物理学院教授刘铖铖评）

他（姚裕贵）在深奥的理论科研中默默耕耘二十余载，也在教书育人的校园里坚守多年；他在理论和计算物理的赛道上默默前进，为科技的未来增加了新的可能性，也将同样的理念贯彻在教育事业中，培养出众多投身于科学事业的年轻人。（北京“最美科技工作者”颁奖词）

姚裕贵为中国国内计算与凝聚态物理、科普事业和物理学科发展做出了重要贡献。在担任北京市政协委员和房山区人大代表期间，姚裕贵积极参与社会活动，切实推动高校、科研院所和企业的产学研合作，基于教育部重点实验室打造量子物理实验中心；重点走访房山企业和窦店产业园，建立学校科研团队与当地产业对接通道；着力推动房山区良乡周边交通管理、高校电力增容等方面政策的不断改进和完善，取得了良好的社会效果，为北京市科学教育融合和区域发展做出了积极贡献。（北京理工大学物理学院评）