2010年10月13日科技部发布数理、地学领域国家重点实验室评估结果,北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室被评为优秀类实验室。数理领域有11+1个重点实验室参评(其中1个申请免评),共有3个重点实验室被评为优秀类实验室。人工微结构和介观物理国家重点实验室经过二十年的建设和积累,已形成了一支高素质的科学研究队伍,建成了高水平的实验研究平台,是我国从事人工微结构和介观物理高水平研究和高层次人才培养的重要基地。在3月份现场评估和5月份复评过程中,重点实验室的各方面工作均得到专家的好评和肯定。此次评估被评为优秀实验室,是重点实验室运行和建设取得的一个重大突破,也是对实验室科研人员的充分肯定和极大鼓励。
人工微结构和介观物理国家重点实验室于1990年经国家计划委员会拨款筹建,1994年经国家教育委员会组织验收并获得通过。同年,人工微结构和介观物理国家重点实验室正式对外开放。甘子钊院士先后担任实验室首任主任和现任学术委员会主任,现任实验室主任为龚旗煌教授,常务副主任为李焱教授,副主任为欧阳颀教授和戴伦教授。十多名国内知名专家学者组成实验室学术委员会,为实验室的发展提供重要的指导。
近年来,实验室以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》为指导,建设有明显介观物理研究特色、光学与凝聚态紧密结合的研究基地,深入开展介观物理中的重大基础科学问题、应用前沿问题的研究。结合介观物理研究前沿科学问题和所承担的国家重大计划和任务,形成了三个重大研究方向,分别为“介观光学与飞秒光物理”,“介观体系凝聚态物理与器件”和“介观物理交叉与重大应用”。组成了九个研究课题组,并实行课题组长负责制。重点开展“介观光学与新一代纳/微光子学器件”、“新型分子与受限小量子体系制备、光电磁功能及其调控”、“纳米尺度光学、电学、力学高分辨检测”、“硅基发光材料与光互连”、“半导体纳米线物性与器件”、“有机光电转换器件中金属/介质纳米异质结构的应用”、“强场超快激光操控大分子和凝聚态物质微结构” 、“高温超导SQUID测量与应用技术”、“生物网络”等研究内容,在介观半导体物理、介观光学、飞秒光物理、纳米表征与物理、宽禁带半导体物理、交叉与理论、重大需求与应用方面等方面做出原创性成果。
近五年来,实验室主持承担了140余项国家级科研项目,包括国家973计划和重大科学研究计划项目3项和课题11个,863计划新材料领域重大项目课题8个,国家基金委重点项目5项。2005年和2007年分别入选了两个国家基金委创新研究群体;2006年,入选了一个教育部创新研究团队。实验室获得国家自然科学二等奖3项,北京市科学技术进步奖一等奖、物理学会饶毓泰奖等省部级奖励十多项。在国内外学术刊物上发表论文600余篇,国际学术会议邀请报告48次,获得专利授权28项,主办国际学术会议9次。
实验室“介观光学与飞秒光物理”研究团队是国家基金委创新研究群体。团队成员围绕超快低功率介观光学开关,飞秒近场时空小尺度测量系统,介观光学理论发展和纳/微光学结构材料与性质,超短飞秒激光在凝聚态介质中高度非线性物理,原子分子强场物理等方面开展研究,取得了丰富成果。在超快介观尺度全光开关研究方面,提出了通过激发态电荷快速转移实现复合材料的超快和共振增强非线性光学效应的新方法并实现了低阈值超快全光开关原理器件,全光开关阈值降低了4个量级,开关效率高达80%,开关时间仅为1.2皮秒。论文发表在权威期刊Nature
Photonics(自然·光子学)上;在纳/微光学结构表征关键技术方面,制备了高质量SNOM探针,利用SNOM和飞秒激光的结合,获得时间分辩170fs和空间分辩80nm的高的时空分辨介观光学测量。分别在照明、收集和双波长三种不同工作模式下成功实现了飞秒近场系统。实现了同时空间—时间测量的四维显微技术,建设了国内唯一、国际上为数不多的超高时空分辨光学测量系统;在飞秒超快激光与介观凝聚态物质相互作用方面,实现了飞秒激光双光子聚合精密制备纳/微三维结构。发现了再聚合现象,利用该效应,将聚合线的特征尺度降到15纳米,给出了长度2微米、宽度40纳米的线条拉伸率高达75%的实验发现,为制备高精度的三维纳米聚合物结构提供了重要依据;在飞秒超快激光和原子、分子相互作用和操控方面,成功地利用飞秒强激光操纵气相分子并应用于周期量级飞秒光频率的调谐,发展了一种纯外差弱光偏振光谱法来测量分子在飞秒激光脉冲作用后的取向程度,该方法在不破坏取向分子的情况下,直接量化分子的取向程度。
实验室“介观体系凝聚态物理与器件”研究团队是教育部创新研究团队。他们围绕硅基高效发光与硅基电注入激光、单根金属、半导体纳米线的物理性质、有机及聚合物发光、GaN基白光LED关键技术、GaN基LD、GaN基异质结构制备和二维电子气性质等方面开展研究。提出在国际上有重要影响的纳米硅/氧化硅材料体系发光的物理机制, 结论与先前国际上有广泛影响的观点相反,却获得国际多项实验结果有力支持, 获得2007年度国家自然科学二等奖;在纳米光电子器件研究方面,与美国科学家合作,研制成功单根CdS半导体纳米线等离子体激光,其横向光学模式比衍射极限小100倍,在该工作中多种直径的高质量CdS纳米线是由我们团队提供的,该工作发表在Nature杂志;实现了对单根ZnO纳米线的可控弯曲操作,发现纳米线在弯曲条件下带边紫外发射峰呈现出明显的约为50meV的红移,从理论和实验两方面实现了对ZnO单根纳米线的力电耦合机制的详尽研究,为基于ZnO纳米线的纳米器件设计提供了坚实的基础;与美国加州大学圣迭戈分校合作,用简单化学气相沉积的方法,实现了国际上ZnO纳米线p型掺杂零的突破;与中科院半导体研究所半导体材料科学重点实验室合作,利用圆偏光激发,电学探测的方法首次在常温和宏观尺度下观察到半导体中由自旋流产生的横向霍尔电流(逆自旋霍尔效应)。为在常温和宏观尺度研究逆自旋霍尔效应以及自旋流提供了新的实验方法。开展介观光学在有机光电器件中的应用研究,发现改变器件结构参数可以调节不同模式的能量分配,并使用介观光学结构将其束缚的能量转化为自由光子,提高OLED器件发光效率,成功采用弱电子传输材料实现100%内量子效率的有机蓝色磷光;在GaN发光器件基础及产业化方面,实现介观光学结构和激光剥离技术结合提高GaN出光效率。开发出图形化激光剥离技术,成功对p型GaN面和倒装的蓝宝石面出光两种形式的GaN-LED的出光表面或底表面引入光子晶格结构,实现了LED出光效率的提高。在此基础上初步获得三种新型的基于光子晶格的GaN-LED原型器件。其中利用封装材料压印技术制备的GaN基LED受到了国际同行的好评。研究成果分别获得第二届国家半导体照明产品及应用创新大赛入围奖和研发创新奖。
实验室“介观物理交叉与重大应用” 研究方向在物理学与生命科学交叉和面向国家重大需求方面做出了突出贡献,研究团队是国家基金委首个交叉学科创新研究群体项目“生物网络研究”群体主体。团队深入开展反应扩散体系中的斑图形成和控制的实验和理论研究。发现时空混沌中一类由特殊实体媒介的湍流,其动力学特性可以通过这些实体的统计性质来描述,澄清一直未能得到认可的反螺旋波和反靶波的重要问题,获得2009年国家自然科学二等奖;面向国家需求,开展液氮温区超导量子干涉器(SQUID)及其应用的研究,自制的YBCO
RF SQUID达到世界前沿水平。基于自制器件,研制了四通道基于射频高温超导量子干涉仪的心磁仪,可在磁屏蔽室内进行人体心磁信号或动物心磁信号测量和研究,实测水平近于引进的液氦多通道超导量子干涉器心磁仪。目前已安装在总参总医院进行心磁图的研究;在发展新型超导材料MgB2上也做出重要贡献。采用HPCVD方法,制备的MgB2超导薄膜达到世界最好水平,利用本团队制备的优质MgB2超导薄膜进行了多项MgB2的物理研究。在超薄MgB2膜上本研究团队得到世界上最好水平。
人工微结构和介观物理国家重点实验室今天所取得的成绩与各级领导和各位专家的关心和支持是密不可分的。在实验室5年评估周期发展过程中,依托单位北京大学校领导和bat365官网登录入口院领导在各方面都给予了极大的关心和帮助,保证了实验室各项工作的顺利开展和运行。实验室学术委员会各位专家在实验室的建设过程中发挥了重要的引导作用,确立了实验室的发展方向。科技部,教育部,国家自然科学基金委等上级单位对实验室发展提供了必要的指导和支持。
人工微结构和介观物理实验室有信心在上级领导和各位专家的继续关心和支持下,再接再厉,取得更好的成绩。