報告提綱凝聚態物理與納米科技GaN-基與ZnO-基半導體晶格振動與光學非線性主要成果小結凝聚態物理與納米科技凝聚態是什么凝聚態物理研究什么納米離我們有多遠所謂“凝聚態”

英語稱CondensedMatters，指的是由大量粒子

(原子、分子、電子等)組成，并且粒子間有很強相互作用的系統。固態和液態是最常見的凝聚態。低溫下的一些特殊的物質狀態也都是凝聚態.凝聚態物理學從微觀角度出發，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯系的一門學科。物理學中的最大分支。起源于低溫物理學與固體物理學。研究層次：宏觀、介觀到微觀。維度：三維、二維、一維到零維。研究熱點：納米科技；巨磁阻效應；高溫超導等。它的基礎性研究往往與實際的技術應用有著緊密的聯系，其成果是一系列新技術、新材料和新器件。低溫技術的發展歷程19世紀70年代，法國人路易斯·保羅·卡耶泰(Louis-PaulCailletet)用各種氣體膨脹冷卻，-183℃得到了液態氧，在-196℃得到了液態氮。1898年，蘇格蘭人詹姆斯·杜瓦(JamesDewar)在-250℃液化了氫氣。1908年7月10日，荷蘭萊頓大學的海克·卡末林·昂內斯(HeikeKamerlingh

Onnes)實現了4.2K的低溫，首次制得了幾立方厘米的液氦。1913年獲NobelPrizeinPhysics。1985年到1995年，美國加州斯坦福大學的朱棣文、法國巴黎的法蘭西學院和高等師范學院的科恩－塔諾季和美國國家標準技術院的菲利普斯采用激光冷卻原子得到nK溫度。1997年獲NobelPrizeinPhysics。例子-1巨磁阻效應(GMR)發現及應用M.N.Baibich,J.M.Broto,A.Fertt,Phys.Rev.Lett.61,2472(1988)G.Binasch,P.Grunbergetc.,Phys.Rev.B39(1989)4828AlbertFert于1938年生于法國的卡爾卡松（Carcassone)，獲得法國奧賽的Paris-Sud大學博士學位。PeterGrünberg于1939年生于皮爾森（Pilsen）市（目前屬于捷克共和國），德國國籍。獲得德國達姆施塔特（Darmstadt）工業技術大學（Technische

Universitt）物理學博士學位。Grünberg享有巨磁阻技術的一項專利。獲得2007Nobel物理獎GMR硬盤（IBM）1997年“看看你的計算機硬盤存儲能力有多大，就知道他們的貢獻有多大！”他們的貢獻還在于開啟了自旋電子學（Spintronics）研究新領域！例子-2高溫超導材料的發現與超導機制的研究1957年提出BCS超導微觀理論的美國物理學家巴丁（BardeenJ.1956年）、庫珀（CooperL.N.）、施里弗（SchrifferJ.R.），于1972年獲獎；1960年發現單電子超導隧穿效應,美國物理學家賈埃佛（GiaeverJ.）；1962年預言約瑟夫森效應的英國物理學家約瑟夫森（B.D.Josephsen），于1973年獲獎；1986年，在IBM蘇黎士研究室工作的瑞士物理學家繆勒(MullerK.A.)和他的學生、德國物理學家柏諾茲(J.G.Bednorz)發現Ba-La-Cu-O(鋇鑭銅氧)系統物質的高溫超導性(-180oC)，于1987年獲獎；超導技術的影響，很快地波及到了電力工程、電能輸送、電動機與發電機的制造、磁流體發電、超導磁懸浮列車、超導計算機、超導電子器件、地球物理勘探、地質學、生物磁學、高能加速器與高能物理研究等多種領域與學科。歐洲核子研究中心(EuropeanOrganizationforNuclearResearch)的這臺大型強子對撞機，能夠在17英里長的地下隧道里將質子加速到4萬億電子伏特的能量，然后讓這些高能質子對撞.比利時與英國科學家分享2013年諾貝爾物理學獎：Higgsboson是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子納米科技

1959年，美國著名的理論物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德﹒費曼（RichardFeynman）《在底部還有很大空間》（“ThereisPlentyofRoomattheBottom.”）的演講中設想：“如果有朝一日人們能把百科全書存貯在一個針尖時，并能移動原子，那么這將給科學帶來什么！”并且預言：“至少依我看來，物理學的規律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性。……我深信：當人們能操縱細微物體的排列時，將可以獲得極其豐富的新的物質性質。”納米技術概念的提出費曼(1918~1988)

R.P.Feynman1965年獲諾獎納米科技概念的發展Taniguchi1974年科學家唐尼古奇(Taniguchi)最早使用納米技術(Nanotechnology)一詞描述精細機械加工;

1977年美國麻省理工學院德雷克斯勒教授提出,可以從模擬活細胞的生物分子的人工類似物---分子裝置開始研究,并稱之為納米科技.他70年代末在斯坦福大學建立第一個納米科技研究小組。

20世紀80年代初出現的掃描隧道顯微鏡系列（SPM）極大促進了納米科技的發展。

EricDrexler納米科技的正式誕生1990年7月，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩召開。標志著納米科技的正式誕生。會上討論了納米電子學、納米機械學、納米生物學、納米材料學等前沿問題，并決定出版三種雜志：《納米結構材料》、《納米生物學》、《納米技術》第四屆納米國際會議在北京召開，1996/9/8-12，Nano

IV,Beijing納米科學納米科學(Nanoscience):在納米尺度上研究材料的制備及其性質、現象的科學。紅血球1千納米分子及DNA1

納米0.1

納米氫原子碳納米管碳原子整齊排列，形成碳薄片，被卷成圓管形狀的薄片就是納米碳管碳薄片納米碳管卷起碳納米管的性質和應用單臂納米管為金屬性，鋸齒形、手性碳管部分為金屬，部分為半導體性。重量很輕，比重是鋼鐵的1/6但強度比鋼鐵大100倍以上鋼條鋼條納米碳管具有極好的可彎折性具有極好的可扭曲性天梯——碳納米管繩梯傲立宇宙間，頂天立地的“第二巴別塔”

——太空電梯C60及富勒烯C60具有什么樣的結構呢？金剛石和石墨是具有三維結構的巨型分子，C60和C70是有固定碳原子數的有限分子，它們應該具有不同的結構。克羅托想起美國建筑師巴克明斯特·富勒BuckminsterFuller為1967年蒙特利爾世博會設計的網絡球主體建筑，由五邊形和六邊形構成的圓穹屋頂。富勒曾對克羅托等人啟發說：“C60分子可能是球形多面體結構”。由于克羅托、科爾、斯莫利三位科學家在富勒烯研究中的杰出貢獻，他們共同榮獲了1996年的諾貝爾化學獎。羅伯特·F.·科爾哈羅德·W.·克羅托理查德·E·斯莫利富勒烯的應用導帶與價帶之間的能隙為2.3eV，是一種類似于GaAs的直接能隙半導體，禁帶寬度為1.5eV,因此它可能成為繼Si、Ge、GaAs之后的又一種新型半導體材料C60和C70是一種良好的非線性光學材料合成金剛石的理想原料可能作為儲氫材料或高能燃料。C60F60（特氟隆球）是一種超級耐高溫和耐磨材料，被認為是比C60更好的潤滑劑可利用C60內部中空來包裹放射性元素，用于治療癌癥和HIV，以減輕放射性物質對健康組織的損害納米操控技術-SMT1982年，IBM瑞士蘇黎士實驗室的葛·賓尼（G．Binning）和海·羅雷爾（H．Rohrer）研制出世界上第一臺掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnelingMicro－scope，簡稱STM）.1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學獎金．ThelettertoJiangfromH.Rohrer許多人認為納米科技僅僅是遙遠的未來基礎科學的事情,而沒有什么實際意義。但我確信納米科技現在已具有與此同時150年前微米科技所具有的希望和重要意義。150年前，微米成為新的精確標準,并成為工業革命的技術基礎,最早和最好學會并使用微米技術的國家都在工業發展中占據了巨大的優勢。同樣,未來的技術將屬于那些明智地接受納米作為新標準,并首先學習和使用它的國家。我們應當記住：微米技術曾同樣被認為對使用牛耕地的農民無關緊要。的確,微米與牛毫無關系,但它卻改變了耕作方式,帶來了拖拉機。

---H.Rohrer(IBM蘇黎世實驗室)掃描隧道顯微鏡工作原理

電子從一極通過隧道效應穿過空間勢壘到另一極，形成隧道電流。電流大小取決于針尖與表面間距及表面電子狀態。

1990年美國商業機器公司借助掃描隧道顯微鏡，在一小片鎳晶體上用35個氙原子寫出了該公司名稱的縮寫字母“IBM”，中科院化學所用自制的掃描隧道顯微鏡，在石墨晶體表面刻寫出一幅中國地圖，并寫出“中國”兩個字。兩幅圖像和文字的線條寬度只有10納米。1993年美國科學家在低溫下，用STM針尖將48個鐵原子排成一個圓環，并且直接觀察到了電子駐波的圖形而后，又成功地移動鐵原子寫成了兩個漢字“原子”。GaN-基與ZnO-基半導體GaN-基（AlN、InN）及其三元化合物等，具有寬的直接帶隙(0.7~6.2eV)、高的熱導率與電子遷移率、穩定的化學性（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質和強的抗輻照能力，在光電子器件、微電子器件、高溫大功率器件和高頻微波器件應用等方面有著廣闊的前景ZnO的帶隙約為3.3eV，通過摻入Mg和Cd元素，它的帶隙可連續的分別向兩邊擴展到7.9eV和2.3eV，這完全覆蓋了從紅光到紫光的整個可見區域，并延伸到一紫外與深紫外區域ZnO生物可降解和生物兼容材料HanWQ19