往事回首——人工微结构和介观物理国家重点实验室初期的回忆

1985年底或1986年初，北京大学丁石孙校长找我说：现在国家要建设一批国家重点实验室，推动基础科学和前沿科学的研究。南京大学、复旦大学、山东大学等都开始了凝聚态物理方面的重点实验室建设，学校也认为要在原来物理系的固体物理所的基础上争取建设一个国家重点实验室。

国家重点实验室管理信息系统规划研究

在调查全国高校国家重点实验室管理中存在主要问题的基础上，提出了实验室管理信息系统的目标要求及系统分析。

国家重点实验室管理工作的趋势及几个关键问题

国家重点实验室管理工作的趋势及几个关键问题丁晓民北京大学人工微结构和介观物理实验室如何确定国家重点实验室管理工作好坏，怎样使科研管理有效促进‘实验室’研究工作的顺利开展，这其中面临许多课题有待深入探讨。本文仅就‘实验室’自身科研管理的发展趋势及几个关...

基于新奇物理现象的智能光子芯片

近年来,新材料结构、新理论观点、新器件架构等各个前沿方向的通力合作促使了智能光子学的迅猛发展。具有优异非线性特性的光学平台奠定了光子芯片丰富性能的基础,非厄米拓扑光子学等新理论的引入为高性能片上处理方案开辟了新的可能性,各类光学神经网络架构的新器件也为全光计算及全光大规模集成提供了有效的实现途径。基于上述背景,文章介绍了近年来对于智能光子学发展至关重要的非线性材料、非厄米拓扑光子学以及基于光学神经网络的新器件架构等领域的研究进展,并指出相关研究的发展对于未来更大规模、更高集成度、更复杂计算性能的智能光子芯片的实现将产生深远影响,在全光计算、全光信号处理、量子技术等领域有广泛的应用前景。

介观光学结构提高蓝色顶发射有机电致发光器件效率

利用宽带有机半导体材料(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉,BCP)形成无序介观光学结构来提高蓝色顶发射有机电致发光器件(OLED)的出光效率,从而提升器件的外量子效率.基于BCP折射率匹配的作用,在顶电极上增加一层BCP薄膜,器件内的波导光能够被进一步散射出来,且由于此材料本身具有低的玻璃化转变温度,在一定的环境条件下(温度及湿度)下BCP易发生自聚集结晶而形成无序介观光学结构,藉此结构使原来被限制于表面等离激元(SPP)的能量而耦合成自由光场,从而被有效提取出来.通过BCP结构薄膜的作用,器件最大亮度从4500 cd m–2提升至9840 cd m–2,外量子效率(EQE)从0.42%提升至1.14%(提高了1.7倍),此外光谱也蓝移12 nm,实现了蓝色发光光谱的优化.

基于全内反射荧光显微镜的单个心肌细胞内钙信号斑图的介观表征

利用基于近场光学原理组建的全内反射荧光显微镜研究单个大鼠心肌细胞内钙离子信号的斑图.结果表明:存在于盖玻片表面约100nm区域的隐失场可较好地照射活体细胞,并能清晰地显示胞内信号;心肌细胞内钙信号包括钙火花、钙靶波、钙平面波和钙螺旋波等形式,钙信号各形式间存在相互作用;在钙诱导钙释放机制作用下,心肌细胞具有较强的可激发特性.

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象。通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30meV的红移量。利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生。有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象。这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义。

kHz脉冲分子束的产生及其在强场原子分子物理实验中的应用

采用悬臂压电脉冲阀,制备出最高重复频率达到3 k Hz的脉冲分子束。通过测量氮气分子束在飞秒激光作用下隧道电离生成的N2+(B-X)荧光光谱,对脉冲阀的性能做了表征。这种k Hz脉冲分子束搭配k Hz飞秒激光器,将推动飞秒强激光驱动的原子分子动力学实验研究。

介观尺度超导体的超导电性

在GinzburgLandau理论框架内,发展了一种解析的处理方法研究了介观超导体的超导电性。

混合物理化学气相沉积法制备Mg衬底MgB_2薄膜

用混合物理化学气相沉积(Hybridphysical-chemicalvapordeposition简称为HPCVD)法在Mg衬底上原位制备出MgB2超导薄膜样品。超导起始转变温度Tc(onset)=39.5K,SEM(ScanningElectronMicroscopy)图显示晶型结构为六方形,晶粒生长较为致密。样品的X射线衍射分析表明,MgB2薄膜是多晶的,没有择优方向。晶粒大小约为400nm^1μm。结果表明HPCVD技术在Mg表面直接沉积MgB2薄膜是可行的,对Mg原料的节约和MgB2线材的制备具有一定优势。

超晶格插入层对InGaN/GaN多量子阱的应变调制作用

在InGaN/GaN异质结构量子阱内存在巨大的压电极化场,这严重地削弱了量子阱的发光效率.为了减弱量子阱内的压电极化场,通常引入应变调制插入层提升器件的发光性能.为了研究InGaN/GaN超晶格的应变调制效果和机理,实验设计制备了具有n型InGaN/GaN超晶格插入层的外延结构及其对照样品.变温光致发光谱测试表明引入n型InGaN/GaN超晶格插入层的样品发光波长更短且内量子效率提升,相应的电致发光谱积分强度也显著增加且半宽减小,说明引入超晶格应变插入层可以在一定程度上抑制影响发光效率的量子限制Stark效应.理论计算结果表明:在生长有源区量子阱前引入超晶格应变层,可以削弱有源区量子阱内极化内建电场,减弱有源区量子阱能带倾斜,增加电子空穴波函数交叠,提高发射几率,缩短辐射复合寿命,有利于辐射复合与非辐射复合的竞争,实现更高的复合效率,从而提高发光强度.本文从实验和理论两方面验证了超晶格应变调制插入层可以有效改善器件性能,为器件的结构设计优化指明方向.

侧向外延法生长的高质量GaN及其外延缺陷的观察(英文)

在有条状SiO2 图形的GaN“模板”上,侧向外延方法生长了高质量的GaN。荧光显微镜的结果表明在SiO2 掩膜区有成核过程发生。原因可能是SiO2 的质量不高,为GaN的生长提供了一些成核中心。在GaN层的厚度达到 4. 5μm后,侧向的融合开始发生。侧向生长的速度与垂直生长速度几乎相同。在所有的SiO2 掩膜上方都形成了空洞。样品在 240℃熔融的KOH中腐蚀 13min。在SiO2 掩膜区生长的GaN,其腐蚀坑密度(相当于穿透位错密度 )减少到几乎为零。而在窗口区生长的GaN,腐蚀坑密度仍然很高,达到 108 cm-2量级。同时,我们发现具有不同窗口尺寸的样品在SiO2掩膜区上侧向生长的GaN的晶体质量基本相同,与窗口区的宽度几乎无关。室温光荧光结果表明侧向外延法生长的GaN中的晶格失配应力已被部分释放。

应用背散射电子象进行金矿鉴定的实验研究

利用广角背散射电子探头和X射线能谱仪相结合的方法,在扫描电镜上进行了金矿鉴定的实验研究。从金矿采集的试样中发现了该矿中金的三种存在形式,即自然金、银金矿和碲金矿,並分析了它们的含金量的百分比。研究结果表明,这种方法比较简捷,在确定金矿中金的存在形式及其生成环境方面,可为了解和研究金矿提供有意义的信息,可以和化学分析方法相结合,作为鉴定金矿的一种辅助手段。文中对本方法的优缺点及今后进一步的工作提出了自己的看法。

用AMRAY－1910FE场发射扫描电镜研究不同材料和方法的导电膜蒸镀对试样形貌观察的影响

本文通过离子溅射镀膜和高真空蒸发镀膜两种方法，用金和钯铱合金做为蒸发源，对样品表面蒸镀导电层。然后用ＡＭＲＡＹ－１９１０ＦＥ场发射扫描电镜观察试样表面蒸镀层对试样形貌的影响。实验表明在放大倍数超过５万倍以上观察试样时，由于金镀层粒度太大，因此不能用来做为表面导电镀层。但用高真空蒸发镀膜，用钯铱合金做为试样表面蒸镀材料，在２５万倍以下观察时，无论从膜的导电性方面或是其颗粒度方面来看都不失为一种较好的蒸镀材料。

低噪声HT_c rf SQUID芯片可控制备的实验研究

针对低内禀噪声要求条件下HTcrf SQUID芯片制备成品率和优质率低等问题,通过对YBCO薄膜的PLD制备工艺参数及所制作的YBCO薄膜性能与微观形貌的观测分析,提出晶界结构的非均匀和不一致性可能是影响低噪声台阶边沿型晶界结制备质量的观点,进而以淀积温度为典型控制参数设计了一组实验,对实验获取的YBCO薄膜和SQUID芯片的性能测试表明:YBCO薄膜生长的三高条件(高淀积温度、高氧分压和高激光能量密度)易造成薄膜表面平整度恶化和晶界构型的不均匀,而选择合适的淀积温度可有效提高SQUID芯片的噪声性能。

氮化硅/氮化钛陶瓷多层膜纳米组织结构的场发射扫描电镜观察研究

将“高分辨二次电子成分衬度成像原理”与“离子束锥形刻蚀处理样品的方法”相结合，利用高分辨场发射扫描电镜对室温下离子束辅助沉积制备的氮化硅／氮化钛陶瓷多层膜层厚及其纳米组织结构进行观察研究，清晰地观察到各层层厚及各层中的纳米粒子，这一方法为氮化硅／氮化钛陶瓷多层膜纳米结构与层间关系的研究提供了一种实用而有效的手段。

射频等离子体放电的宏观参数与PET表面改性的关系

通过射频等离子体放电，采用O2，CF4及CH4／CF4混合气体等离子体对PET表面进行处理。改变射频等离子体放电的宏观参数，如放电时间、放电功率、电极间距离和复合参数，详细地研究了这些参数对PET表面改性的影响。结果表明：碳氟混合气体等离子体在PET表面的沉积速率为正值，在PET表面形成了聚合物；而O2和纯CF4气体的沉积速率为负值，两者在PET表面产生刻蚀效应。增加等离子体放电功率和放电时间，聚合或刻蚀效果更明显；而增加电极间距离和复合参数，聚合或刻蚀效果明显减弱。

测量时间分辨拉曼谱实验装置的研制

测量时间分辨拉曼谱实验装置的研制王晶晶金榕周赫田邹英华（北京大学物理系人工微结构及介观物理国家重点实验室北京１００８７１）孙志勇（北京理工大学四系４３１教研室北京１０００８１）ＴｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｅｔｕｐｆｏｒＴｉｍｅ－ＲｅｓｏｌｖｅｄＲ...

InGaP光学微盘的显微荧光图像观测及分析

利用一套ＣＣＤ显微荧光图像观测和采集分析系统，分别在室温和液氮温度下对半径为５μｍ发射波长０．６５μｍ的ＩｎＧａＰ半导体光学微盘的荧光图像进行了观测．在绿光激发下，观测到沿ＩｎＧａＰ微盘边缘内侧有一明亮的红色荧光光环和某些特征。