一、平台基本情况

计算物理研究所始建于2011年3月，现有教授5人，副教授3人，讲师10人。其中博士13人，硕士3人，已经形成了一个学术水平较高、创新能力较强、结构合理、精诚团结的科研创新团队。经过3年的建设和发展，研究所已凝练和形成了理论天体物理、物理中的现代数学方法、计算凝聚态物理、微纳光学与光谱学等4个稳定且各具特色的研究方向，并取得了一系列的创新性研究成果，在促进学科建设、科学研究、高层次人才培养、服务经济和社会发展等方面发挥了重要作用。

研究所拥有良好的数值计算设备和流畅的网络，现有SUPERMICRO（超微）SBE- 714E-R48刀片服务器1台，HP ML 370 G6服务器1台， Dell 计算工作站4台，联想启天M4340微型计算机20余台。近五年来，研究所科研人员先后承担国家自然科学基金和省部级重大科研项目10余项，获得研究经费600万元；共发表SCI、EI论文50余篇，部分研究工作发表于本领域国际顶级学术期刊，获得河南省科技进步三等奖1项。

二、学术带头人及团队

计算物理研究所学术带头人为陈文聪教授、博士。2007年6月于南京大学天体物理专业获理学博士学位。2010年1月至2011年12月，在北京大学核物理与核技术国家重点实验室从事博士后研究。2016年1月至2017年1月，在牛津大学物理系访问。现为河南省重点学科理论物理学科学科带头人，河南省高校科技创新团队带头人，郑州大学硕士生导师，国家自然科学基金通讯评审专家, 河南省学术技术带头人，河南省优秀青年科技专家，河南省物理学会常务理事。

目前主要从事理论物理的教学和科研工作。其博士学位论文2009年被评为全国优秀博士学位论文提名论文。主持完成国家自然科学基金面上项目2项、河南省高校科技创新人才支持计划（第一层次）、中国博士后科学基金和河南省科技创新人才计划（杰出青年）各1项，现主持国家自然科学基金面上项目和河南省高校科技创新团队支持计划各1项。共发表SCI论文30余篇，其中在天体物理国际三大期刊ApJ, MNRAS, A&A上发表论文20篇，被Nature等国际期刊引用200余次。

学术团队拥有教授5人，副教授4人，讲师10人。其中博士13人，硕士3人（参见表一）。学术团队职称学历年龄结构较为合理。

表一、 学术队伍一览表

三、主要研究方向及内容

研究所主要围绕理论天体物理、物理中的现代数学方法、计算凝聚态物理、微纳光学与光谱学等4个明确、稳定的研究方向开展科学研究工作。

1、理论天体物理

密近双星演化的研究, 已经成为现代天体物理学的重要领域之一。对含中子星或黑洞的低质量X射线双星在不同初始条件下的演化进行数值计算，结合现有的观测资料，从演化的角度分析它们与再循环脉冲星、极亮X射线源和其他高能天体之间的物理联系；估算它们的理论生成速率，并与相应的观测结果进行比较。利用星族合成方法，结合各种候选天体的X射线发射性质模型，对观测区域中的点源的数目和光度分布函数进行模拟具有重要的理论和现实意义。通过与观测结果的对比，旨在能够得到一些推论和预言，完成对星团乃至星系尺度的X射线源的统计研究。

2、物理中现代数学方法

物理学中的现代数学方法方向主要是利用Lie群，Lie代数，微分几何，数值计算等现代数学方法研究物理学系统的对称性，守恒量，稳定性，积分方法，分岔和混沌等，主要研究内容有 (1)约束力学系统的的奇点，闭轨，周期解，分岔和混沌等；（2）Birkhoff系统和广义Birkhoff系统平衡稳定性，平衡状态流形稳定性以及全局稳定性；（3）约束力学系统的积分方法；（4）机电耦合动力系统的对称性及其守恒量；（5）Lie群在离散动力系统的应用；（6）振动型能量采集器的动力学分析与数值验证。本学科方向现有教授4人，副教授3人，其中获博士学位者2人，在读博士1人。

本研究方向的特点一是应用Lie群、Lie代数、整体微分几何、动力系统的全局分析等现代数学方法，系统全面地研究并揭示了一系列复杂约束系统的代数结构、几何结构、对称性理论、对称性摄动理论、运动稳定性、全局性质，把约束系统动力学的研究从局部分析提升到全局分析水平。二是采用非线性动力学相关理论和数值计算方法对Birkhoff系统和广义Birkhoff系统的定性理论，全局稳定性，分岔和混沌等内容进行了较深入研究，进一步完善了Birkhoff系统的理论体系，成为学科发展的新的生长点。三是深入研究Lie群在机电耦合动力系统的应用研究，包括机电类传感器的建模和分析，特别是振动性能量采集器的建模和模态分析等。本研究方向所取得的部分研究成果在国内同领域中处领先水平，在国际上也有一定影响。其中《约束力学系统的对称性质和全局性质》和《广义Birkhoff系统的全局分析》获国家自然科学基金立项并已顺利结项。《约束力学系统的动力学行为》项目在2013年又获得国家自然科学基金立项支持。同时本研究方向获河南省科技进步三等奖一项。近五年在国内外知名学术期刊发表论文50余篇，大部分论文被SCI或EI收录。

3、微纳光学与光谱学 

具有非圆对称边界形状的光学微腔，即非对称微腔，不必借助近场耦合器件就能与环境发生能量交换，在低阈值激光器、集成光路、生化传感等应用领域和腔量子电动力学、量子混沌等基础理论领域中有广泛的应用前景和研究价值。本项目拟针对一种新的非对称微腔，即无轴对称性的棘轮腔，开展如下理论和数值模拟研究：用常规的庞加莱相图、流形（manifold）分析、边界元方法、有限元方法等数值分析手段设计优化棘轮形微盘腔，研究腔内模式的手征性；利用改进边界元方法研究自由空间的光耦合进入棘轮腔的效率问题，探究光与微腔耦合的物理机制；并针对实际情况，模拟实验中的三维棘轮腔，设计优化腔侧壁曲线，实现对远场立体发射角的控制。该研究对全面认识棘轮腔的性质，提高棘轮腔的耦合效率，优化立体发射角有重要意义，同时将推动微腔模式耦合理论和高维光线动力学理论的发展。 

部分相关研究成果已经发表在知名国际刊物上，Optics Letters（影响因子3.399）和Physical Review A（影响因子2.861）。2012年舒方杰博士主持申报的“棘轮形光学微腔的模式、耦合及三维特性研究”获得国家自然科学基金青年基金项目资助 (批准号 11204169），目前该研究正在进行中，且取得了一些初步结果。

4、计算凝聚态物理

石墨烯作为一种迄今为止最严格的二维晶体的新物质，因其优越的电子、光学和机械等方面的性能，已成为最具前途的纳米材料之一。而在制备石墨烯的过程中，经常会出现各种类型的缺陷，其中较典型的就是以Stone-Wales（SW）和Grain Boundary（GB）为代表的拓扑缺陷，这些缺陷必然会影响石墨烯的动力学特性和结构稳定性。本项目拟在前期研究成果的基础上，以含有SW和GB缺陷的单层石墨烯以及zigzag-GB-armchair复合型石墨烯的力学性能和结构稳定性为主要研究目标，重点考查不同浓度的SW缺陷和不同排布方式的GB缺陷对石墨烯表面起伏的影响，同时关注zigzag-GB-armchair复合型石墨烯中由于zigzag和armchair部分的结构不对称性带来的应力差异。通过将含有这两种缺陷的石墨烯表面起伏与完整石墨烯的情况进行对比，总结出石墨烯在含有拓扑缺陷时的力学性能以及结构稳定性规律，为石墨烯纳米材料和器件的应用提供理论依据。相关研究正在进行中，且已取得一些初步结论，团队成员合作的研究结果相关论文正在准备中。部分结果已经发表在国外知名刊物上，如J. Appl. Phys（影响因子2.168）、Eur. Phys. J. B（影响因子1.534）和Physica E（影响因子1.532）。目前主持国家自然科学基金理论物理专项基金1项。

四、平台特色

计算物理研究所以我校理论物理省级重点学科和计算物理河南省高校科技创新团队为依托，紧密结合基础研究对计算物理的实际需求，突出和强调物理学各二级学科以及物理学与天体物理学等学科之间的相互交叉和融合。通过与相关高等院校、科研院所合作，卓有成效地开展一些具有重要意义的科研工作，逐步形成理论天体物理、物理中现代数学方法、计算凝聚态物理、微纳光学与光谱学等特色的研究方向，部分研究课题取得基础理论研究的重要突破和进展，为探索高校与科学院联合培养人才和科研合作提供研究平台，同时为国民经济和国防建设服务。

五、主要科研项目与成果

近5年来，研究所科研人员先后承担了国家自然科学基金和省部级重大项目10余项，获批研究经费600万元；发表SCI、EI论文50余篇，大部分研究工作发表于本领域国际顶级学术期刊，获得河南省科技进步三等奖1项。

表二、 实验室成员近期主持的科研项目

表三、 实验室成员近期发表的代表性论文

六、交流与合作

研究所在国内外学术交流与合作方面较为活跃。近3年来，共有10余人次参加国际学术会议，与多个高校、研究所有着广泛的学术交流和合作。研究所陈文聪教授任郑州大学物理工程学院理论物理专业兼职硕士生导师，陈向炜教授任苏州科技学院硕士生导师。研究所每月邀请外校专家做学术报告一次，每年邀请1-2位国外专家来实验室进行合作交流；每年派遣10-15人次实验室科研人员参加国内外学术交流活动；未来几年内，利用国家留学基金委和河南省地方合作项目力争促成3-5名科研人员到国外高水平大学进行合作研究。

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