司铁岩

基本信息 科学研究 教学研究 论文期刊 新建主栏目 基本信息 名称 司铁岩, 副教授/博士生导师, 男, 汉族, 祖籍山西. 哈尔滨工业大学, 物理学院， 电子邮箱：tieyansi@hit.edu.cn 工作经历 名称 2009.5-2011.5 马普学会复杂系统物理研究所（德国）， 凝聚态物理理论， 访问学者 2011.6-2012.5 中国科学院理论物理研究所&清华大学， 凝聚态物理理论， 访问学者 2015.9-2016.9 布朗大学（美国 ） 物理生物学， 访问学者 2012.5-至今 哈尔滨工业大学， 理论物理， 副教授 教育经历 名称 1998.9 - 2002.7 兰州大学 理论物理 学士 2002.9 - 2005.7 兰州大学 理论物理 硕士 2005.9 - 2009. 4 中国科学院理论物理研究所， 凝聚态物理理论， 博士 研究领域 名称 在统计物理理论和理论物理学方向探索研究达十余年。用量子统计理论研究了物理系统中的非阿贝尔陈-西蒙斯拓扑场；非阿贝尔规范场理论；大自旋系统中的拓扑相干性，扭结弦的拓扑场论；三维空间的严格可解的多体耦合自旋模型；三维手征自旋液体模型.非阿贝尔任意子元激发理论。采用经典的统计物理理论研究了绕圈运动的自驱动粒子的群体运动方程，随机博弈悖论等等。采用微分几何和拓扑理论研究了红血细胞的拓扑缺陷理论；普适的相变共存方程，重整化群的博弈论理论描述等。最近五年来，主要集中研究胶体尺寸的统计物理和活性粒子的集体运动行为和细菌集群运动的生物物理理论。过去五年来，已经正式接受发表的论文有20余篇。获得国家自然基金资助和国家留学基金委的访学资助。研究工作受到国际同行的认可，并受邀参加相关的国际学术会议。 1. 建立了双气泡驱动哑铃状胶体马达运动物理理论。 化学驱动微纳米机器是能够将周围环境中的化学能转换为自身机械运动的微纳米系统，是当前涉及材料、机器人、物理、化学、生物医学等领域的交叉科学研究热点。与贺强教授研究组合作研究了哑铃状的中空二氧化锰胶体粒子的微观驱动机理。二氧化锰胶体可以催化分解过氧化氢燃料，并在粒子腰部产生一对氧气泡，从而在低雷诺数下进行自驱动运动。双气泡生长和释放产生的反作用力对胶体粒子的切向轴和径向轴均有净力的产生，前者为其运动提供驱动力，而后者影响其运动方向。通过对双气泡的同步或非同步生长和频率变化的统计分析以及气泡生长和释放过程中周围流体场变化的模拟，建立了基于气泡生长动力学和微粒子运动方程的物理模型，阐明了其运动机理。研究表明双气泡驱动比单气泡驱动模式具有更高的机动性（图1）。研究成果发表在国际著名期刊《美国化学会志》上，并被选为当期杂志的封面。对探索双引擎微纳米机器的设计方法以及开展适应复杂环境的应用研究具有重要意义，有望在生物医学、环境检测及微纳米组装和制造等领域得到应用（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (38), 11902。影响因子：13.0）。 2. 建立了气泡驱动和近红外激光驱动的活性胶体运动物理理论模型。 与贺强团队合作，研究人工合成自驱动纳米管马达的运动理论和驱动机理。研究了两种驱动方式，一种是气泡驱动，另一种是温度差导致的热泳力驱动。对于气泡驱动的马达，在过氧化氢燃料浓度较低的情况下，纳米马达无法运动。过氧化氢燃料浓度较高的时候，马达周围会产生很多气泡，气泡的不对称分布会推动马达。有时候呈现直线运动，有时候呈现转圈运动。申请人建立了气泡驱动力的动力学方程。理论研究表明，气泡破裂产生的冲击波，会显著影响马达运动的方向。目前国际上尚无报道类似机理。对于近红外光的照射驱动的马达后，光热产生的不对称温度梯度对纳米粒子的运动起到了关键作用。纳米马达表面发生光热效应使得附近的溶液温度升高，加速了化学反应速率及物质的扩散速率，进而产生更多的氧分子并形成氧气泡，这些气泡降低了纳米马达在水中的阻力，使之快速运动。该文章是实验和理论研究的结合，以申请人为共同通讯作者发表在（ACS Nano 2014，8(1), 6097，影响因子:13.3）。该文被 Materials Views in China进行了报道。被科技媒体以“中国学者全球首次实现对“纳米火箭”停起控制”为题广泛报导。被国际上的多个纳米科学研究组引用。 此外，还为阴阳球型的纳米粒子和内部镀膜纳米管马达建立了运动理论和光热转换理论模型。定量研究高强度近红外光照射下杀死癌细胞的基本原理。理论模拟了阴阳球粒子光照下产生的热效应。计算了热泳力沿着阴阳球粒子轴向的分布曲线，并理论计算了热泳力的的大小（图3)。申请人的理论模型解释了为什么质量尺寸越小，马达运动速度越快。其中关键在于驱动力主要依赖于分布在纳米粒子周围的温度差，而不是温度的绝对值。温度差直接反映了液体粒子撞击纳米粒子的不对称性，在大多数撞击方向相互抵消的情况下，只有没有被抵消的撞击才是贡献推动力的主要粒子。这项研究目发表了两篇论文，均以申请人作为共同通讯作者发表在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society（2016 138 6492，影响因子：13.0）和 Small（2016 12, 577.影响因子：8.4）， 并被Small选为期刊的封面文章。受到国际同行的良好反馈。 3. 建立了细菌集群运动和斑图形成的物理理论模型。 建立了细菌集群运动和斑图形成的物理理论模型。在布朗大学唐建新实验室进行了实验理论研究绿脓杆菌集体生长如何形成各种花朵形式的斑图研究。与目前流行的生物信号诱导模型和表面张力模型不同，提出了粘滞液体分支动力学是这些花纹形成的物理本质。设计了一系列实验，深入研究了细菌在不同的几何束缚下的集体生长行为。传统生物学通常用基因变异和生化信号传感来解释斑图的演变。申请人则对细菌密度在空间中的演化给出了流体力学理论的解释和模拟验证。细菌向边界的聚集可以用流体力学中的不对称蒸发速率解释。细菌在密度极高的时候会在内部应力的挤压下形成周期性分布的突起。提出了液态到弹性固体状态转变的力学模型解释这个现象。棒状细菌部落断裂成分离的圆形鼓包现象可以用瑞利-普拉图不稳定性理论解释。这是固体力学理论在细菌集群运动中的首次应用，给出了定量的实验和理论对比。这项研究是生物，流体力学，固体力学的交叉学科研究。发表一篇中文文章（司铁岩, 袁军华, 吴艺林, 唐建新，细菌运动中的物理生物学，物理学报，17 (2016) 178703）和两篇英文文章( Biophysics Journal(2017, 112, 1462–1471)，Soft Matter(2018, 14, 301—311) 图5）。　 讲授课程 名称 理论力学（英文） 广义相对论, 粒子物理和群论, 量子多体理论， 电动力学 原子核物理 招生信息 名称 量子多体物理理论 生物物理，微纳米尺度软凝聚态物理 论文期刊 名称 36 Lin Xiankun Wu Zhiguang Si Tieyan He Qiang *, Controlled molecular assembly of self-propelled colloid motors and their biomedical applications, 中国科学: 化学 SCIENTIA SINICA Chimica 47(1), 3-13(2017). 35 Zhihua Lin, Tieyan si, Zhiguang Wu, changyong Gao, and Xiankun Lin, Qiang He*, Light-activated Active Colloid Ribbons, Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201708155. 2017. 34 Tieyan Si, Zidong Ma, Jay X.Tang*, Capillary flow and mechanical buckling in a growing annular bacterial colony，Soft Matter, 2017, DOI: 10.1039/C7SM01452J. 33 XianKun Lin，Tieyan Si, ZhiGuang Wu, Qiang He* Self-thermophoretic motion of controlled assembled micro-/nanomotors，Phys. Chem. Chem. Phys，2017， DOI: 10.1039/c7cp02561k. 32 Alexander Yang, Wai Shing Tang, Tieyan Si，Jay X.Tang*. Influence of Physical Effects on the Swarming Motility of Pseudomonas aeruginosa，Biophysical Journal，2017, 112, 1462–1471, 31 QianLan Rao, Tieyan Si, ZhiGuang Wu*, MingJun Xuan, Qiang He*，A Light-Activated Explosive Micropropeller. Scientific Report, 2017 7, 4621. 30 MingJun Xuan, ZhiGuang Wu, JingXin Shao, LuRu Dai, Tieyan Si* Qiang He*. Near Infrared Light-Powered Janus Mesoporous Silica Nanoparticle Motors，Journal of the American Chemical Society，2016 138 (20) 6492-6497. 29 ZhiGuang Wu, Tieyan Si*，Wei Gao，XianKun Lin, Joseph Wang, Qiang He*， Superfast Near-Infrared Light-Driven Polymer Multilayer Rockets.Small, 2016，12, 577-582. 28 ZhiGuang Wu, XianKun Lin, YingJie Wu, Tieyan Si*, JianMin Sun, Qiang He*， Near-infrared light-triggered "on/off" motion of polymer multilayer rockets,ACS Nano, 2014，8(1), 6097-6105. 27 MeiYu Gai，Johannes Frueh*, Tieyan Si*, Hunarisu，Gleb B. Sukhorukov, Qiang He*.The collision phenomena of Janus polymer micro-plate motors propelled by oscillating micro-bubbles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2016, 510, 113-121. 26 Tieyan Si*, One-dimensional chain of quantum molecule motors as a mathematical physics model for muscle fibers，Chin. Phys. B. 2015, 24, (12) 128708. 25 Tieyan Si*，Odd-even effect of melting finite polymer film on square lattice, Int. J. Mod. 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