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實驗室研究方向:新型薄膜材料實驗室設有三個研究方向:材料結構和性能的模擬與設計、新型薄膜材料的制備與應用、量子信息與現代光通信。三個研究方向在納米尺度上形成了從理論設計到材料制備、性能調控、器件制造的綜合研究平臺:

研究方向一:材料結構和性能的模擬與設計

主要研究多面體團簇結構設計與性質調控财富彩票手机客户端,探究團簇的高穩定性和多形性的物理根源财富彩票手机客户端;研究低維體系中的物理現象财富彩票手机客户端,找尋新的物理規律,指導設計與開發新的功能薄膜材料和器件。近年來主要在以下幾個方面開展研究:

1.納米體系量子調控:利用第一性原理方法,研究碳、硼、硅及貴金屬團簇穩定性、結構的動力學演化和磁性,研究二維材料生長機理财富彩票手机客户端,研究材料的氫、氧等分子的吸附性質,從物理角度分析表面和界面的化學催化機理。實現對納米體系材料的優化設計和性質調控财富彩票手机客户端。

2.低維有機功能材料研究:采用半經典近似理論,研究有機半導體材料财富彩票手机客户端、納米器件中的光電過程和磁性理論,將固體理論與有機化學、高分子材料财富彩票手机客户端、飛秒光電子學相結合,發展和建立有機物質的電子態理論、新型元激發、電子關聯、載流子輸運、有機發光等理論,為有機光電子學和納米技術的應用提供理論依據。

3.低維體系新奇量子現象研究:利用格林函數理論,研究石墨烯及拓撲材料的物理性質,研究摻雜對材料物性的調控财富彩票手机客户端,研究拓撲物質態所蘊含的新奇量子現象及探測途徑,為各種異質結器件的輸運性質的實驗研究提供理論指導。

發展目標

夯實在國內領先地位,并在納米體系材料的優化設計和性質調控、摻雜對材料物性的調控研究等方面達到國際先進水平。具體目標如下:通過不斷研究積累,在團簇性質預測、二維材料性質模擬、材料儲氫、表面催化,有機半導體材料及高分子材料的發光及發熱,新奇物理現象預測及低維器件性質模擬等方面形成一系列有代表性研究工作,逐步形成在國內外有較大影響的凝聚態物理研究團隊。

近三年的主要研究進展

1)國際上首次提出了20 個鈧原子和60個碳原子組成的穩定的财富彩票手机客户端、中空的排球烯财富彩票手机客户端,研究結果受到同行關注,被MIT Technology Review、Physics Today财富彩票手机客户端、New Scientist等眾多科技網站專題報道;“Volleyballene”作為一個新的英文單詞被World Wide Words(910期, 2015)收錄。2)研究了貴金屬鉑在二氧化鈰的Σ3晶界上的偏聚行為,以及鉑離子與氧空位在界面處的相互作用。3)提出了兩種鋰-硼納米體系财富彩票手机客户端,研究了它們的結構穩定性及儲氫特性。4)采用非絕熱分子動力學方法,研究了電子關聯效應對有機共軛聚合物中極化子運動、復合等物理性質的影響,揭示了電子關聯效應的重要性。5)研究了HgTe/CdTe量子阱體系的熱輸運性質、馬約拉納費米子耦合量子點的熱輸運性質财富彩票手机客户端、三維拓撲絕緣體表面臺階態的安德烈夫反射、黑磷烯的雜質效應、超導-HgTe/CdTe量子阱-超導體系的準粒子相干現象、超導-HgTe/CdTe量子阱-超導體系的交流約瑟夫森效應、超導-石墨烯-超導的鏡面及正常安德烈夫散射探測、高陳絕緣體的局域化問題。研究內容為深入理解拓撲絕緣體的物理性質和拓撲絕緣體約瑟夫森結及石墨烯約瑟夫森結的輸運特性奠定理論基礎,對尋找和表征馬約拉納費米子财富彩票手机客户端、實現信息存儲和量子計算有重要的參考價值。上述研究結果發表在Nanoscale、Physical Review财富彩票手机客户端、ACS Applied Materials & Interfaces、Organic Electronics等國內外重要學術期刊上财富彩票手机客户端,共發表SCI收錄論文70余篇财富彩票手机客户端,其中SCI二區學術論文29篇财富彩票手机客户端。

研究方向二:新型薄膜材料的制備與應用

主要研究多種重要功能薄膜材料不同制備方法,為實現不同功能所需基本物理機制,探討包括磁性能、電輸運、熱輸運及其耦合機理。近年來主要在以下幾個方面開展研究:

1. 功能材料微結構及物理特性研究:探索典型磁性金屬及磁性氧化物的磁有序的物理機制;提高n型氧化物熱電材料SrTiO3以及R-P相SrO[SrTiO3]n (n = 1, 2, 3)的性能财富彩票手机客户端。

2. 阻變存儲器(RRAM)材料研究:研究金屬氧化物半導體薄膜和鈣鈦礦氧化物薄膜材料的阻變效應;探討阻變過程對器件磁性的影響,探究阻變及磁變的物理機制;尋找性能優異的薄膜材料,探索提高阻變和磁變性能的方法和途徑。

3. 復合防偽薄膜與多孔稀磁半導體薄膜研究:探討有序多孔金屬氧化物薄膜的生長機制财富彩票手机客户端财富彩票手机客户端;探究有序多孔金屬氧化物薄膜的磁電耦合現象,并為其在多功能存儲器的研制提供物理基礎;研究新型有序多孔金屬氧化物薄膜的結構色,使其在多方面實用化。

4. 過渡族金屬化合物磁電耦合功能研究:研究過渡族金屬氧化物中基于非共面的拓撲霍爾效應;探討過渡族金屬氮化物中基于二維六角密排面共性的不同相結構演化規律;研究Heusler過渡族金屬間化合物中基于磁場誘發一級磁相變财富彩票手机客户端、動力學阻止和補償亞鐵磁性的自發交換偏置效應。

發展目標:

在功能薄膜材料的實驗室制備、物理機制分析方面達到國內一流研究水平。其具體目標為:改善器件的阻變和磁變性能、掌握有序多孔金屬氧化物薄膜的生長及典型磁性金屬和磁性氧化物的磁有序的物理機制,為RRAM及磁性開關器件的研制提供科學依據。

近三年的主要研究進展:

1)研究了3d過渡金屬Cr (Ti, Mn, Co, Ni, Cu)摻雜尖晶石鐵氧體的磁矩實驗值與離子分布的關系财富彩票手机客户端,提出了一個O2p巡游電子模型。2)使用離子注入技術實現了不同濃度的Nb離子摻雜,研究了動態退火溫度對離子注入薄膜熱電性能的影響及其物理機制。3)通過選擇薄膜材料的摻雜改善了器件的阻變和磁變性能,為RRAM及磁性開關器件的研制提供科學依據。4)實現了電場對有序多孔金屬氧化物薄膜的阻變與磁變的調控财富彩票手机客户端。5)實現了利用金屬和PAA復合薄膜用于多重防偽的技術。6)構建了補償亞鐵磁結構、實現了磁相變人工干預的設計方案。上述研究結果發表在Journal of Materials Chemistry C财富彩票手机客户端、Applied Physics Letters、APL materials等國內外重要學術期刊上财富彩票手机客户端,共發表SCI收錄論文60余篇财富彩票手机客户端,其中SCI二區以上學術論文23篇。

研究方向三:量子信息與現代光通信

主要研究低維薄膜材料在量子信息安全與光量子器件中的應用。利用生長的低維薄膜材料做飽和吸收體,研制激光器件與激光光源财富彩票手机客户端、光量子器件财富彩票手机客户端,研究量子安全通信及量子態光學制備。近年來主要在以下幾個方面開展相關研究:

1. 激光器件與激光光源的制備:制作和表征碳納米管、石墨烯财富彩票手机客户端、拓撲絕緣體财富彩票手机客户端、金納米材料等新型二維材料類光學可飽和吸收體财富彩票手机客户端;制作馬赫曾德爾干涉濾波器、錐纖可調諧衰減器财富彩票手机客户端、特殊性質的長短周期光纖光柵等新型無源光學器件;將光纖激光器與制得的可飽和吸收體及新型光纖器件相結合,研究光纖激光器中非線性動力學特性,研制新型光纖激光器。

2.量子安全通信及量子態光學制備:提出了用弱非線性探測光子數糾纏態的方法,解析證明了多量子比特系統中糾纏熵分布的不等式和等級結構,研究了腔庫系統中特殊類型量子資源的動力學演化特性财富彩票手机客户端财富彩票手机客户端。

發展目標:

保持量子安全通信及量子態光學制備的國內領先地位,保持新型光纖激光光源的研制國內先進水平地位,力爭達到國內領先水平。具體目標如下:通過不斷研究積累财富彩票手机客户端,在基于新型薄膜材料光纖激光光源研制、光纖無源器件研制、光纖非線性特性研究、多量子比特系統中糾纏量子光纖激光團簇性質預測、二維材料性質模擬、材料儲氫、表面催化财富彩票手机客户端,有機半導體材料及高分子材料的發光及發熱,新奇物理現象預測及低維器件性質模擬等方面形成一系列有代表性研究工作财富彩票手机客户端,逐步形成在國內外有較大影響的凝聚態物理研究團隊。

近三年的主要研究進展:

1)制備财富彩票手机客户端、表征了單層率大于90%的單層石墨烯薄膜及3-7層的多層石墨烯薄膜财富彩票手机客户端,在此基礎上,研制了基于錐纖倏逝場及三明治結構等兩種不同類型石墨烯鎖模器件;2) 結合所制鎖模器件,研制了石墨烯鎖模高能量寬帶自相似光脈沖光纖激光光源财富彩票手机客户端、石墨烯鎖模色散管理摻鐿光纖激光光源、石墨烯鎖模高階諧波孤子光纖激光光源财富彩票手机客户端、石墨烯鎖模耗散孤子光纖激光光源;3) 利用理論和實驗研究方法,研制了波長可調諧耗散孤子激光光源、波長可調諧調Q脈沖光纖激光光源、波長間隔精確可控的多波長摻鐿及摻鉺光纖激光光源财富彩票手机客户端;4) 利用理論和實驗研究方法,深入分析了多種脈沖動力學特性,研制了高階諧波暗脈沖光纖激光器件及放大器件、爆發模式耗散孤子光纖激光器件及放大器件、耗散孤子方脈沖光纖激光器件等新型光纖激光光源器件;5)給出了用弱非線性探測光子數糾纏態的方法,解析地證明了Renyi糾纏熵在多體系統中的分布不等式,研究了四體腔庫系統中的糾纏演化和動力學特性。進行了二維材料性質模擬、材料儲氫、表面催化、新奇物理現象預測及低維器件性質模擬的研究财富彩票手机客户端。以上相關研究結果發表在Physical Review、Optics Letters、Optics Express等國內外重要學術期刊上,共發表SCI收錄論文50余篇财富彩票手机客户端财富彩票手机客户端,其中SCI二區以上學術論文21篇财富彩票手机客户端。

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