刘波，南京大学至诚青年教授，博士生导师，海外高层次青年人才，紫金学者。

本科毕业于东南大学，2019年获南京大学博士学位，随后赴德国柏林自由大学开展博士后研究。2023年入职南京大学，并加入自旋芯片与技术全国重点实验室（自旋电子学领域首个）。2024年入选国家海外高层次青年人才项目，2025年入选南京大学紫金学者。

刘波副教授长期从事自旋电子学前沿基础与技术研究，研究兴趣主要围绕低维材料体系的超快磁调控与自旋器件方面展开。以第一作者在Physical Review Letters, Science Advances, Nature Communications, Advanced Materials等刊物发表多篇论文，获中国电子教育学会2019年度优秀博士学位论文。主持海外优青人才/国自然面上/校级项目、参与国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）、国家重点研发计划课题等，多次做邀请报告。

本人长期招收硕士、博士、博士后，主持项目经费超过700万、实验室设备先进！欢迎对自旋电子学、光电信息材料、磁性材料、超高真空薄膜制备等方向感兴趣的同学咨询：boliu@nju.edu.cn

1. 超快磁探测与调控（面向后摩尔时代自旋芯片的超高速、低功耗运行需求）

利用超短脉冲激光操纵自旋，是凝聚态物理领域已知的最快速方法。基于时间分辨磁光克尔效应和时间、自旋分辨光电子能谱技术，我们可在飞秒、皮秒、纳秒时间尺度上探测和操控磁性。课题组聚焦于超快激光调控磁性的基本物理机制和手段，旨在为自旋电子学器件的超高速、低功耗运行提供帮助。

如左图，磁光克尔效用通过测量偏振光经过磁性样品后产生的偏转角和强度变化来表征磁性强弱。改变入射光相对于样品的取向(longitudinal, transverse, polar)，可分别探测不同方向（纵向、横向、极向）的磁矩，实现三维磁测量。

微观起源：自旋轨道耦合+自旋交换耦合作用是实现磁光测量的根本原因。

如上图，利用课题组自主搭建的时间分辨磁光测量系统，我们可以探索光、电流、磁场在不同时间尺度上调控电子自旋的物理机制。当前，课题组拥有多套飞秒激光器，可满足不同测试需求（超快激光泵浦探测实验示例1.mp4）：

(1) Ti:Sapphire激光器：中心波长为800 nm，脉冲宽度50 fs，重复频率为1 KHz；利用光参量放大器，测量波长能在可见光、近红外、红外范围内调谐。除满足磁性材料探测外（代表作1-7），还可用于半导体载流子动力学研究（代表作8），如载流子寿命，散射机制等。该实验装置，还配备低温+磁场环境。采用压缩机制冷方式，低温区最低至10 K，磁场最大可达1.5 T。 

(2) 三通道波长可调激光器：波长在340–1300 nm可调谐，输出功率>3W，重复频率77 ± 1 MHz，脉冲宽度<160 fs；通过显微物镜聚焦，用于微纳器件的超快磁性、载流子动力学探测，如原子级厚度的磁性材料、光电材料等。

利用本人高层次人才项目经费，课题组将于近期购置低温强磁场平台（1.8 K，9 T），进一步升级超快磁探测能力！

2. 微纳器件高清磁光成像（面向无损磁检测，如磁传感器等）

基于自主研发的噪声抑制技术和科勒照明方法，课题组已搭建高精度磁光成像系统。相比于传统磁光克尔显微镜，大幅度提高了测量精度，无需算法处理即可显示磁畴。该成像系统可无损检测微纳磁性器件的磁畴分布，结合飞秒脉冲激光，可实现超快时间尺度（10⁻¹² s）上的动态磁畴成像及其演化。

课题组新近购置高精度光谱仪和超连续皮秒级白光光源，实现波长范围450–2300 nm连续可调，脉冲宽度小于10 ps，可进行光、磁二次谐波（SHG, MSHG）测量。在界面磁性成像、原子尺度铁磁和反铁磁体系的磁性表征方面具有强大功能！结合已购置的开循环低温系统，最低可实现4.2 K低温测量；磁场最大4500 Oe，可满足大部分磁材料测试需求。

moke_animation0_141.gif

3. 自旋电子材料开发（面向磁存储器MRAM应用）

课题组目前拥有2套超高真空分子束外延生长设备、1套超高真空磁控溅射系统，三套设备通过超高真空管道互连，可实现多种自旋电子材料的制备；多种原位表征技术确保薄膜厚度、形貌、晶格取向的精确控制（见LEED图案）。

基于上述生长系统，课题组当前聚焦基于铁磁、反铁磁材料的磁隧道结、自旋阀磁性功能器件的研发。

1. 大学物理

(1) Ma, M.; Wu, J.; Liu, B.*; Wang, L.; Li, Z.; Ruan, X.; Hu, Z.; Wang, F.; Lu, X.; Liu, T.; Du, J.; Xia, K.; Xu, Y. Optical Control of RKKY Coupling and Perpendicular Magnetic Anisotropy in a Synthetic Antiferromagnet. Nat Commun 2025, 16 (1), 4401.

(2) Liu, B.; Xiao, H.; Weinelt, M. Microscopic Insights to Spin Transport–Driven Ultrafast Magnetization Dynamics in a Gd/Fe Bilayer. Sci. Adv. 2023, 9 (20), eade0286.

(3) Liu, B.; Liu, S.; Yang, L.; Chen, Z.; Zhang, E.; Li, Z.; Wu, J.; Ruan, X.; Xiu, F.; Liu, W.; He, L.; Zhang, R.; Xu, Y. Light-Tunable Ferromagnetism in Atomically Thin Fe3GeTe2 Driven by Femtosecond Laser Pulse. Phys. Rev. Lett. 2020, 125 (26), 267205.

(4) Liu, B.; Niu, W.; Chen, Y.; Ruan, X.; Tang, Z.; Wang, X.; Liu, W.; He, L.; Li, Y.; Wu, J.; Tang, S.; Du, J.; Zhang, R.; Xu, Y. Ultrafast Orbital-Oriented Control of Magnetization in Half-Metallic La0.7Sr0.3MnO3 Films. Advanced Materials 2019, 31 (11), 1806443.

(5) Liu, B.*; Xiao, H.; Siemann, G.; Weber, J.; Andres, B.; Bronsch, W.; Oppeneer, P. M.; Weinelt, M. Signature of Magnon Polarons in Electron Relaxation on Terbium Revealed by Comparison with Gadolinium. Phys. Rev. B 2021, 104 (2), 024434.(Editor Suggestions)

(6) Liu, B.; Ruan, X.; Wu, Z.; Tu, H.; Du, J.; Wu, J.; Lu, X.; He, L.; Zhang, R.; Xu, Y. Transient Enhancement of Magnetization Damping in CoFeB Film via Pulsed Laser Excitation. Applied Physics Letters 2016, 109 (4), 042401.      

(7) Liu, B.; Yang, L.; Ruan, X.; Cai, J.-W.; He, L.; Meng, H.; Wu, J.; Xu, Y. Femtosecond Laser-Heating Effect on the Magnetization Dynamics in Perpendicularly Magnetized Ta/CoFeB/MgO Film. New Journal of Physics 2019, 21 (5), 053032. 

(8) Liu, B.; Meng, Y.; Ruan, X.; Wang, F.; Liu, W.; Song, F.; Wang, X.; Wu, J.; He, L.; Zhang, R.; Xu, Y. Coupled Relaxation Channels of Excitons in Monolayer MoSe₂. Nanoscale 2017, 9 (46), 18546–18551.