国家自然科学奖初评通过项目-薄膜/纳米结构的控制生长和量子操纵
| 项目名称: | 薄膜/纳米结构的控制生长和量子操纵 |
| 推荐单位: | 中国科学院 |
| 项目简介: | 本项目属物理科学中凝聚态物理领域。 量子薄膜与纳米结构具有奇特的物理与化学性质,在信息的处理、储存、显示与通讯等领域有着重要的应用。要真正理解它们的奇特性质并使它们走向应用,必须首先要对它们的生长和制备实现原子尺度上的控制。比如,对量子薄膜(其厚度与电子的费米波长相比拟,可展示强烈的量子尺寸效应)来讲,其厚度变化一个原子单层都会对其性质产生重要影响。这是目前凝聚态物理和材料科学领域关注的重要问题之一,是纳米科学的一个核心科学问题。因此,量子薄膜与纳米结构的控制生长和在此基础上对一个结构形态完全确定的薄膜与纳米结构性质的表征是整个领域发展的瓶颈和关键问题。本项目在科技部、基金委和科学院的支持下,在量子薄膜与纳米结构的控制生长与量子尺寸效应研究等方面取得了以下国际领先的研究成果: (一)纳米结构和量子薄膜的可控制备 通过深入研究生长动力学和热力学过程,发展了多种在原子级尺度上可控生长纳米结构的有效方法,实现了全同有序纳米团簇(零维)阵列、纳米线(一维)阵列的可控制备。特别是发明了低温生长方法,成功在Si衬底上制备出了原子级平整且在宏观范围内均匀的铅薄膜(两维),并实现了薄膜厚度单个原子层精度的精确控制。 (二)量子效应对物性的调控 本项目在国际上首次在原子层次上建立了"量子尺寸效应"与薄膜物性的精确对应关系。在Pb薄膜系统中观察到了当薄膜厚度每变化一个原子层时量子效应引起的超导转变温度的振荡现象,证实了四十多年前的理论预言,开辟了研究量子效应与物性关系的新方向。在此后的系列工作中又发现量子效应对薄膜电声子耦合强度、临界磁场、热膨胀系数、粘附力、功函数、表面化学活性、表面扩散势垒、近藤温度等的调制行为。 本项目不仅在纳米结构制备方面取得了很多成果,而且在量子效应与物性关系研究方面取得了突破,为该领域的发展做出了重要贡献,研究成果处于国际上该领域的领先水平。该项研究从材料制备上精确控制材料的基本形态出发,定量地证明了用量子效应可以操控材料的基本参量,在固体物理的发展上具有非常重要的基础意义,同时也有很大的应用前景。超导转变温度振荡的文章在Science发表后在国际上引起了很大反响。Science杂志还邀请了著名科学家Chiang教授撰文在同期的"Perspectives"栏目上把该工作作为亮点对进行了专题介绍。此后,全世界各大科技网站都对此进行了报道,在相关的重要国际学术会议上都做了邀请报告介绍。该工作开辟了一个研究量子效应与物性关系的新领域,国际上许多科研组都在这之后开展了这方面的工作,很多国际会议也设专门的分会(Session)开展这方面的交流。该工作被评为2005 年中国科学家具有代表性的工作,并作为重要部分获得了2005年中国科学院杰出科技成就奖。这方面的工作共发表论文50多篇,其中Science 1篇,PNAS 1篇,PRL 7篇,这些文章被引用960多次,其中 8 篇代表性文章被他人引用370 多次。 |
| 主要完成人: |
贾金锋 本人是本项目的主要完成人之一。从2004 年起参加了该项目的所有工作,负责了大部分工作的具体设计和实施,在数据分析、物理模型的建立等方面都有主要贡献。对重要发现的(一)纳米结构和量子薄膜的可控制备以及(二)量子效应对物性的调控这两项工作都有重要贡献。是所有代表性论文的作者,是代表性论文3、5和7的通讯作者。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之八十。 马旭村 本人是本项目的主要完成人之一。从2004 年起参加了该项目的大部分工作,领导了化学活性等方面的工作。对重要发现的(一)纳米结构和量子薄膜的可控制备以及(二)量子效应对物性的调控这两项工作都有重要贡献。是代表性论文5-8的作者,是代表性论文6的第一作者。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之七十。 陈曦 本人是本项目的主要完成人。从2006 年起参加了该项目的部分工作,领导了Kondo效应部分的工作。对重要发现的(二)量子效应对物性的调控这部分工作有重要贡献。是代表性论文8的通讯作者。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之六十。 赵忠贤 本人是本项目的主要完成人之一。从2004 年起参加了该项目的超导物性研究工作,通过与薛其坤及贾金锋的多次交流,建议把研究超导性作为切入点,共同确定开展“Pb 膜的超导电性的量子尺寸效应”研究;和本人的研究生鲍新宇共同完成超薄Pb 膜的超导临界温度和超导临界磁场的测量。对重要发现的(二)量子效应对物性的调控这项工作有重要贡献。是代表性论文1的作者和代表性论文4 的通讯作者。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之五十。 薛其坤 本人是本项目的主要完成人之一。从2004年起参加了该项目的所有工作,领导并参与了所有工作。对重要发现的(一)纳米结构和量子薄膜的可控制备和(二)量子效应对物性的调控这两项工作都有重要贡献。本人在该项研究中的工作量占本人工作量的百分之七十。 |
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