|
|
 |
|
|
 |
 |
报告题目: |
关于介电体超晶格研究 |
报告人: |
闵乃本 |
|
南京大学物理系 院士
|
报告时间: |
2007-11-07 19:30 |
报告地点: |
清华－富士康纳米科学研究中心四楼报告厅 |
主办单位: |
物理系 |
简介: |
闵乃本院士简介：
1935年出生，江苏如皋人，1955年考入南京大学物理系，1959年毕业并留校任教。他长期从事晶体物理研究，成就卓著。他在晶体缺陷研究方面，发展了浸蚀法，澄清了体心立方金属中的位错组态以及首次观察到纯螺位错的双折射端点像；在晶体生长方面，发展了晶体生长的缺陷机制和生长动力学，使晶体生长得到了新的发展；对界面的稳定和枝晶、分形的生长也得到了独创性的成果；在对晶体生长研究的基础上，利用生长条纹制备了聚片多畴晶体，提出了一套周期和准周期微米超晶格的光学效应、非线性光学效应和声学效应的理论，开拓了通过控制微米量级固体微结构来研究新材料、新器件的新领域。这些成就，引起学术界的高度重视和称赞，并在国内外获奖。闵乃本是我国自己培养的世界一流科学家。
闵乃本大学毕业后，一直师从我国著名物理学家、科学院院士冯端教授，从事科学研究。冯教授是一位造诣精深、乐于奖掖后辈的学者，他根据闵乃本好学上进，思维敏捷，善于钻研新问题等特点，常常把一些探索性的研究课题交给他，让他挑重担，引导他奋发向前。
50年代末，闵乃本在冯教授的带领下，就闯入了当时国内尚是空白的晶体缺陷研究领域，他们选择了体心立方结构的难熔金属作突破口。从事这样的研究，难度很大，首先必须解决近三千度高温下长出晶体的问题。闵乃本利用他懂理论又懂设计的优势，并借鉴国外先进经验，与同事们一起自行设计了我国第一台电子轰击仪，成功地制备了难熔金属单晶体，该装备获国家计委、经委、科委颁发的科技新产品二等奖。它的试制成功，为开展晶体缺陷研究开阔了道路。此后，经过他们数年的努力，到1965年，在晶体缺陷领域的研究成果，已经赶上了国际先进水平。
1972年，闵乃本与其他同事一起接到了为某科研单位研制铌酸锂晶体的任务，因而有机会从劳动工地调回来从事科研工作。在当时设备条件十分缺乏的情况下，闵乃本等同志克服了许多困难，终于完成任务。但他们并未止步，凭藉扎实的基础知识和在晶体缺陷研究中积累的经验，利用缺陷的不利因素，生长出聚片多畴铌酸锂单晶体，并首次观察到倍频增强效应。这项科研成果，于1980年5 月在上海召开的国际激光会上作了交流，受到与会专家的高度赞扬。国际激光界权威人士、国际量子电子协会主席亚里夫教授说：“60年代，我们曾有过这想法，做了一些工作，因实现不了就冷下来了，想不到您们不但做出来了，而且还取得了这么好的结果!”
从60年代至80年代初期，闵乃本在冯端教授的直接领导下，从事的晶体缺陷研究取得了一系列重要成果：在国内首次研制成功电子束浮区区熔仪，成功地制备了钼、钨、铌单晶体；发展了显示位错的浸蚀方法，不仅能显示位错在表面的露头点，还能显示近于平行表面的位错线和位错网络；利用这一技术，系统地研究确定了体心立方金属中位错类型、位错组态及亚晶界的位错结构；他与葛传珍合作，首次观察到纯螺型位错的双折射端点像，并基于各向异性的光弹理论对双折射像进行了细致的解释；系统地发展了弹性、光弹各向异性的立方晶体中螺型位错双折射像的理论等。
70年代初开始，他在晶体缺陷研究取得重大进展的同时，又开始了对晶体生长的研究。晶体生长是一个工业背景很强的领域，它与半导体、无线电、电子学、激光等领域都有直接关系。当时，世界不少国家都热衷于寻找新的晶体，而对晶体的机理则没有深入研究，国内同行在晶体生长研究方面碰到不少问题。他们克服了一个个困难，不但长出了晶体样品，还对生长机理方面的基础性问题进行了深入的研究。接着，他们又与有关科研单位协作，建成了国内第一台电子称重晶体直径自动控制系统，使晶体生长研究取得重大进展。
闵乃本教授在建设晶体生长实验室和从事晶体生长研究的过程中，大量查阅资料。进行思考、计算、并结合教学实际，积累了丰富的理论知识和实践经验，撰写了近41万字的专著《晶体生长的物理基础》，成为当时国际上第一本较为系统地介绍晶体生长的专著。该书于1982年出版以后，获全国科技图书一等奖，并受到了国内外学术界的高度重视和好评。日本结晶成长学会委员长、日本东北大学砂川一郎教授专门发表书评说：“该书内容新颖而系统……包含了非常高深的内容，而且以一个完整的思路全面地阐述了晶体成长学”。中国科学院院士、中国科技大学钱临照教授的书评说：“该书的特点之一，是理论联系实际，讨论问题深入而透彻……另一特点是立论较高，思路完整，如有关成核，晶体生长机制。界面结构和晶体形貌等方面的理论和计算机模拟的结果具备”。
《晶体生长的物理基础》一书出版，使闵乃本在国际学术界赢得声誉。著名科学家、美国晶体生长协会副主席罗森伯格致函邀请闵乃本教授去美国犹他大学进行访问研究。1982年9月，闵乃本以访问副教授的身份来到犹他大学， 开始了他攀登科学高峰的新阶段，在那里，他研究的主攻方向是重新评价“杰克逊”理论。杰克逊理论是50年代以来为晶体生长界普遍接受的一种理论，在解释熔体生长方面取得了相当成功，但是，应用这一理论则无法解释晶体气相生长的行为，特别是表面粗糙现象。许多科学家都曾研究这一难题，但都无进展而辄止。闵乃本教授经过4个多月日以继夜地奋斗，第一难关被攻破了， 他首先大胆地修正了“杰克逊”理论，他认为，这种表面粗糙的原因是晶体表面松弛引起的，他的这一见解，首先得到了罗森伯格的赞同和支持，后来在美国西部地区晶体生长会议上报告后，引起了许多晶体生长专家的震动。但是，证明这一预言的正确，却遇到了重重困难，他以坚强毅力，锲而不舍的精神，去寻找科学解答，他白天搞实验，晚上去查阅资料，工作占去了他几乎所有的休息时间。1983年初春的一个夜晚，他从浩瀚的图书资料中终于找到了解决这一难题的线索：紫外线可能会引起晶体表面分解。这像茫茫黑夜中燃起的一把火，照亮了闵乃本教授前进的道路。根据这一提示，他立即进行紫外光过滤，结果晶体表面的黑色东西一下子荡然无存。闵乃本提出的各向异性变键模型，成功地解释了晶面热致粗糙化。该项科研成果，于1983年5月获得美国犹他大学和美国大力士神飞弹公司联合建立的“ 大力士神”奖，这是第一位中国学者获得这样的荣誉。同年9月， 闵乃本赴联邦德国参加第七届国际晶体生长会议，当他在大会上读完他科研论文时，来自各国的专家纷纷向他祝贺，称他的论文为“近十年来晶体生长领域最好研究成果”。
1986年，应日本学术振兴会邀请，闵乃本作为访问教授赴日本东北大学从事指导博士生和进行科学研究。在日本近8个月时间里，经过不懈努力， 他的科学研究又有了新的进展。他首次提出了层错生长机制、孪晶机制，特别是系统地发展了层错机制的晶体生长动力学，证明了实际晶体的生长，远较迄今人们所理解的螺位错是生长唯一机制要容易得多，而生长形态也复杂得多。东北大学砂川一郎教授称赞说，闵乃本教授“在这么短的时间内，系统地澄清了晶体缺陷对晶体生长规律的影响，在我邀请的外国学者中是很少见的”。近年来他的研究组又研究了Ba(NO3)2水溶液薄膜中分形、枝晶、多面体的生长过程，以统一的观点探讨了其生长机制。首次发现并详细研究了生长边界中溶质周期性贫乏引起的表面张力波及由此而导致的晶体的周期性生长。
人类生活的提高和国家建设的发展，急需高科技的发展，一向走在学科前沿的闵乃本教授，深感到这一历史使命的迫切性，高度的事业责任感，驱使他将研究向更深领域推进。80年代开始，闵乃本一头扎进晶体微结构与性能的研究，至90年代初，这一研究又获得了重大突破，在国际上首次提出了微米超晶格( 光学超晶格、声学超晶格)的概念，他利用生长条纹技术， 成功地制备微米超晶格，并发现了一系列微米超晶格的光学、非线性光学和声学效应。闵乃本教授这一研究，得到了“863”高技术新材料专家委员会的资助， 在工艺上取得重大突破，能制备最多片数为1500片的适用于1.06μm基波倍频的LiNbO 3聚片多畴晶体和最大片数为500片的适用于0.86μm基波倍频的聚片多畴，同时以460 片的聚片多畴LiNbO3超晶格，实现了准位相匹配，获得了蓝光(λ＝430nm)，其转换效率达4.2％。这项成果得到了“863”专家委员会的嘉奖。与此同时， 闵乃本教授又系统地研究了弹性波在声学超晶格(其中压电系数周期跃变)中的传播与激发，在理论和实践上证实了声学超晶格的共振频率决定于声学超晶格的周期，而不是决定于晶片的总厚度，这样，便能够用声学超晶格来研制频率在300 兆周到数千兆周的声学器件，从而克服了制备这种高频器件必须将晶片减薄到数微米到数十微米的工艺困难。同时还能通过调节超晶格的结构参量，使之和电系统的阻抗相匹配。这样，使插入损耗降低到近于零，得到很高的体波转换效率。在此基础上，成功地研制成频率在300－800兆周的体波声学谐振器和换能器的原型，得到了理论与实验相一致的结果。这些成果为利用固体微结构来研究新材料、新器件开辟了又一途径。另外，闵乃本教授还研究了二维光学超晶格中的激光传播，发展了四波动力学理论，提出了新型四通光开关的设计方案。系统地研究了准周期光学与声学超晶格中的非线性光学效应、声学效应和电光效应。首次从理论上、实验上获得了准周期声学超晶格的超声谱以及准周期光学超晶格的二次谐波谱，发现了折射率的色散效应及消光效应，并得到了消光规律，发展了准周期光学超晶格中三次谐波产生的准位相匹配理论，提出了利用准周期光学超晶格直接得到三次谐波的高转换效率的新方案。以上成果正式发表以后，受到同行的好评。
进入九十年代，闵乃本教授和他的研究组的科学研究又有新的进展。在光学超晶格方面取得了重大突破，首次提出了二维光学超晶格中实现光学双稳的“折射率调制机制”，这对今后实现光调制、光信息处理和光计算具有重大意义。完善了图案极化的技术，制备成功具有准周期铁电畴结构的光学超晶格，发展了准周期超晶格中耦合光参量过程的理论，在准周期光学超晶格中获得了三倍频输出，其输换效率达26％。在晶体生长基础研究方面，在实验中发现了晶体生长过程中“形态选择律”，指出了过去人们公认的“形态选择律假说”的缺点，这对远离平衡态的晶体生长理论的发展，产生了深刻的影响。
闵乃本在培养人才方面也作出了很大贡献。多年来，每年总有12名以上博士生和硕士生在他指导下从事学习研究。他尊重学生的专业志向，因材施教，引导他们在科学最前沿去攻关，使学生的独立工作能力得到了很好的锻炼和培养，并在研究中取得好成绩。例如，1991年毕业的博士生王牧所从事的“传输限制系统中的非平衡生长与聚集”研究课题，其实验装置简单而巧妙，获得了大量首次发现的实验现象，所给出的理论分析合理新颖，对晶体生长中的非线性问题具有重要指导意义。王牧因此而成为第三届吴健雄物理奖的获得者，也是南京大学获得此殊荣的第一人。 |
|
|
|
|
|
学术活动
|
