向涛

中国科学院物理研究所

　　先进事迹：向涛是一位优秀的凝聚态理论学科带头人，在数值重正化群，特别是密度矩阵重正化群和张量重正化群研究中做出了一系列关键性的贡献，是这个领域的开拓者之一；解决了高温超导层间电子运动的相干性问题，给出了层间电子结构和超流密度等物理量随温度变化规律的理论预言，得到实验的验证；提出了严格求解Kitaev模型的方法，建立了二维拓扑绝缘体中量子数分数化的普适理论。由于这些原始性的重大创新成果，他2007年获得中国物理学会叶企孙物理奖，2011年当选美国物理学会会士，2013年当选中国科学院院士。 

　　密度矩阵重正化群和张量重正化群是近二十多年来发展起来的研究强关联量子问题的计算方法，在强关联理论的研究中发挥了重要的作用。向涛是国际上最早从事这方面理论研究的学者之一，他带领的团队也一直被认为是这个领域国际上最强的团队之一。密度矩阵重正化群中用到的一次只增加一个格点的标度变换算法，最早就是由他与合作者提出来的，是这种方法取得成功的两项关键技术之一。他独立或合作提出的量子转移矩阵重正化群、动量空间密度矩阵重正化群、以及求解含时薛定谔方程的密度矩阵重正化群方法，在低维量子材料的热力学和相互作用电子态的研究中起到了关键性的作用，已成为密度矩阵重正化群理论的重要支柱。近年来，他领导的团队在二维或三维数值重正化群研究上取得突破。他们提出的基于虚时演化的纠缠平均场方法和二次重正化群方法，是近十年来发展的同类方法中最精确有效的方法，在二维量子模型的研究中得到广泛应用。他们提出的基于高阶奇异值分解的张量重正化群方法，解决了重正化群计算应用到三维系统的主要困难，建立了研究三维统计模型目前最精确有效的方法。在此基础上，发现了一类由对称性部分破缺导致的相变现象，把计算三维伊辛模型相变温度的精度提高了三个量级，比任何其他方法的精度都要高，成为张量重正化群研究的一个标志性成果。 

　　向涛对我国高温超导的发展做出了重要的贡献，他最具代表性的成果，是在高温超导层间动力学方面所做的一组与实验紧密结合的理论工作。他通过对高温超导电子结构和大量实验结果的分析，提出了高温超导层间电子运动的微观量子模型, 证明电子层间运动是相干的，而不是像一些权威人士认为的那样是非相干的，解决了高温超导理论中的这个长期争论的问题，在国际上产生重要的影响。这个模型经过了大量的实验结果的验证，已成为高温超导层间动力学研究的一个标准模型。根据这个模型，他与合作者预言具有体心立方结构的高温超导层间电子跃迁矩阵存在八个零点，这个预言后得到英国的一个实验组磁阻测量结果的证实，成为检验该模型的一个重要的判定性结果。他与合作者预言了高温超导体c轴超流密度随温度的五次方变化规律，并与剑桥大学的一个实验组合作验证了这个规律，随后又得到了日本的一个实验组约瑟夫森共振实验的证实，这个规律也成为高温超导电子配对具有d波对称性的一个强有力的证据。他与实验物理学家合作，预言了c轴微波电导随温度的三次方变化规律，得到了微波、光电导、电子隧穿能谱等大量实验结果的验证的支持。他与合作者在综合分析高温超导输运性质实验数据的基础上，提出了c轴电阻的普适标度律，从微观角度阐明了高温超导层间电阻半导体行为产生的物理根源，不仅定量解释了所有已知的实验结果，而且得到了法国等实验组进一步的验证。  

　　Kitaev模型是近年来凝聚态与量子信息理论研究的一个重要模型。这个模型是拓扑量子计算的创始人Kitaev为了解决量子计算的退相干性问题首先提出来的。对这个模型研究的一个重要突破，是向涛与合作者提出的通过Jordan-Wigner变换求解这个模型的方法，由此可得到这个模型的基态和所有激发态的解。他们的工作使得Kitaev模型成为迄今为止极少有的连激发态都可严格求解的二维量子模型，把对这个模型研究的兴趣点从拓扑量子计算拓展到了凝聚态领域，引发了凝聚态理论和其它领域的研究者对这个模型更广泛和深入的研究。通过对Kitaev模型磁通激发态的研究，他与合作者进一步提出了二维量子数分数化的一种普适机制，解决了二维量子数分数化的机理问题，是继1976年Jackiw和Rebbi的经典工作之后，分数化量子理论研究的一个重要进展。 

　　向涛一直坚持在科研一线工作，刻苦敬业，思想品质和科学文化素质高。他的研究工作注重源头的创新，系统性和开拓性强，经得起时间和实验的检验，在同行中有信誉。他与人合作从不计较个人的名次，得到了合作者的尊重。他重视并善于对实验现象和实验数据进行分析，有近四分之一的文章是直接与实验组合作完成的，对推动国内理论与实验的结合起到了很好的作用。他组织或参与组织了三十多次国际或国内会议，对加强国内凝聚态物理的国际交流、提升整体竞争力做出了贡献。