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相关日志

向肖克利同志学习
热度 2 zhangjiuqing 2015-8-5 14:59
向肖克利 同志 学习 如果你是一个 科研 团队的领导者，当你手下的研究人员做出了重大科研 发明 ，而你并没有在场直接参与 或者 指导 完成这个科研成就的具体实验 ，面对如此巨大的荣誉诱惑，你会怎么办呢？ 在晶体管的发明中，首先是贝尔实验室半导体研究小组的两位科学家约翰 · 巴丁和沃尔特 · 布拉顿完成了第一个晶体管的实验。巴丁提供了 固体界面 理论上的思路，布拉顿则制作完成了整个实验观测。他们观测到，当电流信号施加给锗晶体的接触点时，输出功率与输入信号相比变大了。点接触晶体管的发明时间是 1947 年圣诞节的前夕。 作为贝尔实验室半导体研究 小组 的负责人，作为巴丁和布拉顿的直接上司，面对自己下属的点接触晶体管这样一个重大发明，威廉 · 肖克利 在最初的兴奋之后，感到一丝沮丧。为什么呢？点接触晶体管诞生的时候， 肖克利 并没有在现场 。虽然过去一直参与半导体研究的讨论，而这一次他 没有亲自参与到实验的设计和观测中 ，自己很后悔与这个实验失之交臂 。 肖克利平时 十分强势， 按照贝尔实验室的传统，再强势的负责人 不能强制要求巴丁和布拉顿两人把荣誉分给一些给自己。如果这个重要发明的专利书上没有自己的名字，我这个领导人岂不是脸上无光？ 肖克利在懊恼之余，思考着自己的对策并付诸行动。 肖克利行动 的第一步是开始寻找自己分享荣誉的证据 ，这有那么一点投机取巧的嫌疑 。 1948 年初，贝尔实验室开始申请美国专利。肖克利 分析了点接触晶体管的理论基础， 认为点接触晶体管的发明是源于 自己很早就提出 的 晶体管场效应理论，他建议将这个理论写入专利申请书之中，可是专利审查员否定了他的建议。 结果是， 1948 年的 专利授权书上没有肖克利的名字， 巴丁和布拉顿发表 1948 年发表 在《物理评论》上的论文 上 也没有 肖克利 的名字。 投机取巧的第一步没有奏效，肖克利迈出了坚实的 第二步 。肖克利 作为 一个优秀 科学家的本色体现出来了，那就是 自己亲自上场 参与科学上的竞争。他放弃了圣诞节的休息时间，独自一人悄悄地研究起点接触晶体管的缺陷，推导晶体管的工作原理，提出了另外一种更加容易量化生产的晶体管 - 结型晶体管，并 让手下的其他研究人员帮助他 进行观测实验 。 巴丁和布拉顿 更是 被排除在 实验之 外 ，因为肖克利觉得首先是巴丁和布拉顿把自己排除在了他们的那个实验之外 。 新的 实验结果证明， 肖克利 的推导是正确的，结型二级晶体管正式诞生 ， 1950 年巴克利得到了署名他一个人的发明专利 。 如果说 点接触晶体管 为 电子产业从真空管时代转向晶体管时代 掀 开了一条 小小的 门缝，结型晶体管则打开了晶体管 走向 商业 化的 大门，也为未来的集成电路的发明打开了一条 小小的 门缝。 肖克利 用自己的 努力 在晶体管发明中争得一席之地，现在的科学史才会这样介绍， 肖克利 同志是世界著名的科学家，信息时代的先驱人物，因为晶体管 的 发明与巴丁、布拉顿 一起 分享了 1956 年的诺贝尔物理学奖。 科研负责人面对下属的重大成就时，得用新成果去赢回荣誉。所有的科研负责人都应该向肖克利同志学习。
个人分类: 生活点滴|3612 次阅读|2 个评论
安检用的X光机对数码相机感光元件有没有影响？
热度 4 wangjunliblog 2015-5-29 22:17
在网上查找了相关资料，都没有说出个所以然来，所以想在这里来寻求答案。安检用的X光机对数码相机感光元件到底有没有影响？ 现在的数码相机的感光元件一般都是CCD（电荷耦合元件）或CMOS（互补金属氧化物半导体），它们都是半导体材料，安检用的X光机虽然辐射剂量不是很高，但毕竟是X射线，理论上讲，X射线在穿过感光元件时可以在PN结内轰击出空洞形成杂质，当照射的时间足够长或辐射的剂量达到一定强度时，应该可以一次改变感光元件的物理特性，所以我认为会对感光元件产生影响。不知道大家怎么看？
6937 次阅读|4 个评论
摩尔定律已经接近物理局限了吗？
热度 17 lionbin 2015-4-27 10:49
刚刚过去的4月19日，是家喻户晓的摩尔定律诞生50周年纪念日。电子和信息技术正深入和触摸着我们生活的方方面面。从1958年开始的集成电路发明持续引导着电子革命，在很大程度上科技产业似乎都忠实遵守着这个个称为摩尔定律的东西。1965年，戈登•摩尔（Gordon Moore）从一个化学家转型成电子工程师，注意到从第一块集成电路产生以来，每年芯片上集成的晶体管数量大约以两倍的数量增加。他还大胆预测，这些组件的缩小速度将持续至少十年时间，并于1965年4月19日正式提出。不过，当时并没有人把这个规律当作定律来看，只是认为是对芯片发展规律的总结。甚至他自己都认为：摩尔定律不是定律，只是一个机遇而已。不过，后来的发展却不断验证了这一说法，使其终于享有了“定律”的荣誉，并修正为为集成电路的集成度每18个月翻一番或者说三年翻两番。 摩尔定律提出3年后，英特尔公司诞生了，摩尔也成了这个公司的创始人之一。1971年，英特尔推出第一片微处理器Intel 4004至今，微处理器使用的晶体管数量的增长情况基本上符合摩尔定律。人们还发现，这不光适用于对存储器芯片的描述，也可精确说明处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。甚至生物学家们在2013年还将摩尔定律应用到了地球生命复杂性的研究上，他们将摩尔定律中的晶体管换成了核苷酸进行数学计算，结果显示生命最早出现在100亿年前，比地球45亿年的预测年龄老得多，也就是说，在太阳系形成之时，可能已经存在着类似细菌的生物体，或者一些存在于银河系古老区域的简单核苷酸，通过彗星、小行星或其他太空碎片来到地球，这一假说被称为有生源说（泛种论），一直是生命科学中的一个重要流派，从摩尔定律中居然也找到了根据。 数十年来，半导体行业的摩尔定律，主要得益于制造工艺上的天才和壮举，但是，基础科学在这方面的重要作用也值得重视，尤其是在今天人们想设法保持这种进步速度的时候更是如此。1940年代，晶体管诞生于美国新泽西州贝尔实验室，就是因为半导体能带理论的发展所促成的。1959年，美国仙童公司首先推出了平面型晶体管，1961年又推出了平面型集成电路，在研磨得很平的硅片上采用一种“光刻”技术来形成半导体电路的元器件，只要“光刻”的精度不断提高，元器件密度也会相应提高，从而具有极大的发展潜力，因此平面工艺被认为是“整个半导体的工业键”，也是摩尔定律问世的技术基础。科学家们在之后持续突破，为这个技术发展的一个重要部分助力，1970年俄罗斯物理学家Nikolay Basov等开发了准分子激光，可用来腐蚀硅片上的微小电路。 1990年代，人们就感觉发展瓶颈要来了，呼吁进一步创新。在此之前，随着晶体管变得越来越小，其速度和能源效率持续增加。但当组件达到约100微米时，小型化出现相反的效果和糟糕的表现。摩尔共同创立的英特尔公司与IBM再次重视通过基础科学寻找提高晶体管性能的材料。后来在凝聚态物理学家们的帮助下，他们知道了当晶格拉伸时硅导电能力可大幅度提高。2000年代，由于应变硅技术的引入，摩尔定律又真的持续了好多年。到目前为止，半导体行业的发展从未停顿下来，晶体管继续缩小，电脑芯片也结合了越来越多的性能和功能。现在最先进的微处理器晶体管只是10-14纳米宽，预计2023年可以到4纳米至6纳米的工艺制程。余热已成为一个限制因素，这导致摩尔定律中有关“计算机时钟速度的指数增长”已经不灵了。耗电芯片也限制了其在移动设备上的应用。随着3D芯片等技术的耗尽，美物理学家称该定律将在10年内崩溃，也就是说，摩尔定律正在接近物理极限，需要真正的物理创新来突破。 氧化铪在只有几个原子厚的时候也具有绝缘作用，引入这种先进材料可保持芯片凉爽。这些努力可能会带来一代或两个以上更小晶体管的产生，也许只有5纳米的大小。但之后想进一步提高性能需要全新的物理学支持。再往前如何走？也许是使用量子隧道效应的晶体管，其中电流传输的是量子自旋而不是电荷。世界各地的实验室都在寻找可大大降低能耗的方法和材料。其中一个方式是利用原子集体“拓扑”属性的固有稳定性，这是古代在传递信息中所采用的结绳编码实践的现代解读。一些研究人员正在尝试最基本的“神经形态”电路架构，这是来自大脑神经网络可塑性的灵感。 一个在物理实验室能完好运转的法则未定能转化为批量生产的途径，而且今天大多数的努力和尝试可能最终将一无所获，这是不可避免的。然而，社会应该有信心，也许在某个地方不知何故，基础科学将提供一种维持这种人类进步的模式。摩尔应该感到自豪是，因为我们到目前为止还没有发现他这个定律出现异常。 参考资料： Nature 520, 408 (23 April 2015) doi:10.1038/520408a CPU领域的摩尔定律详解（http://www.pcdog.com/edu/pc-accidence/2005/09/p019297.html） 摩尔定律（ http://baike.sogou.com/v574939.htm ） 该文的主要内容经整理后发表于《科技导报》2015年33卷第10期125页摩尔定律已经接近物理极限了吗 摩尔定律已经接近物理极限了吗.pdf
个人分类: 一起读顶刊|33866 次阅读|70 个评论
半导体导电原理
热度 4 yych66 2015-3-31 19:48
半导体导电原理 物理的重建（十） 晏成和 在前面导电原理文章中说到：所有物质，只要是能够导电，都是因为有了电子空位在物质内形成通路，电压波在电子空位通路间传导，电子才能在其间按电压波的指令换位运动形成电流。 文章说到所有物质，当然包括半导体、液体、超导体。 本文讨论 半导体的导电原理同出一辙——也是因为有电子通路-流通。 在论述金属物质的导电，谈到了流通，建立了电子空位之说。有人会问：硅、锗、金刚石等物质的原子外层仅4个价电子，还有4个空位，那它们为什么不导电？石墨也是由碳原子构成，它为什么又导电呢？ 问得好！这里需要说明的是：电子空位是电子在价和运动时出现的效应，电子空位是具有时效性的，不能以静止的眼光来看待空位，亦不能以静止的眼光来看待物质的导电。导电是物质的整体动态性能，不应以单个或几个原子的状态来认识整体， 　　在硅、锗晶体中每个原子与相邻的4个原子共用外层电子组成4个结构元，四周的价和电子以均匀的速率规则绕核心而运动，从整体上看，其核外电子层是均匀饱满的，难以形成电子空位，所以它不导电(电阻很大)。 　　石墨是由碳原子构成，其外层有4个价电子，但是其晶体是片状石墨晶格结构，每个原子与周边的3 个原子组成平面丫字形结构元，进而结合成平面六边形结构，而另一价电子则在两平面间作价和运转。其原子的层间间距是平面间距的2.7倍，层间价和电子在途时间较长，层间电子在途时，就形成了电子空位，电压波在其间传导，电子在回路中换位移动形成电流，于是石墨就成了良好的导体。层间导电、垂直于层间电阻很大，构成了石墨导电体的方向性。 半导体一般是由4 价的硅（或者是锗，以下同）为主体材料，它们的晶体结构也和金刚石一样，每个原子结合成4 个结构元在空间等距、有序环绕，构成金刚石结构，很纯的单晶硅基本不导电。 在纯硅晶体中加了少量的５价元素后，就形成了N型半导体。 在纯硅晶体中加入少量的３价元素后，就形成了P型半导体。 　 Ｎ型半导体 在纯硅晶体中加了少量的５价元素后，就形成了N型半导体。 掺杂加入的5价元素，例如磷原子，镶嵌在硅晶体中，磷原子顶替了原晶体中硅原子的一个位置。磷的5个价电子参与硅中的4个结构元的价和运转，尚有1个价电子没有价和轨道，这多出的一个电子并不能是在外老实呆着，而是稍有机会就混杂进入别的价和运转的轨道中，参与价和运转，扰乱了原硅晶体均匀的速率，使得整个晶体中的价电子的运转出现了拥挤和等待的紊乱现象。 有许多瞬时价和电子因途中紊乱而没有到位，于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率)，电压波可以乘机传导，电子可以在电压波的引导下乘虚而入，形成电子的定向流动——电流。这样，掺杂了５价元素使得硅晶体的导电能力增加，形成了N型半导体。 半导体在传导电流时，外来电子充塞了临时性的电子空位，使得整个晶体中的价电子的等待和拥挤的紊乱现象加剧，使得晶体升温，而温度上升，更是加剧价电子运动的混乱、等待，所以温升能有效地增加N型半导体的导电能力，即N型半导体有较强的热敏性能。 Ｐ型半导体　在硅晶体中加入少量的３价元素后，就形成了P型半导体。 ３价元素例如硼，在价和结构中顶替了一个硅原子，因硼外层只有3个价电子，使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子的价和运转，形成了电子空位。与这个单电子结构元相连的6个结构元相继有电子进入补充，形成了更多的电子空位，电压波乘机在电子空位间传导，引导电换位移动形成电流。这样，掺杂３价元素使得硅晶体的导电能力较大地增加，形成了Ｐ型半导体。 与单电子结构元相连的6个结构元的外端又连着18个结构元相继有电子进入补充，这样电子空位呈２×３ ｎ 扩展，也就有更多的结构元有可能呈现电子空位。于是，该晶体的导电能力也呈几何级数增加，所以Ｐ型半导体的导电能力较好。 在掺杂比例相等的情况下，P型半导体的导电能力比N型半导体要大上千倍，其实质原因就在于此。P型半导体的电子空位是掺杂物直接带来的，不像N型半导体是由掺杂多出电子造成拥挤、混乱所形成的，所以P型的热敏性能没有N型半导体那么明显。 不管是N型还是P型半导体，其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布而引起价和电子紊乱运行所致，所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的“测不准”及热敏、光敏特性乃至发热、发光等诸多物理性质。 二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来外端连上导线，就形成了半导体二极管（如图）。二极管关键的部位在两种材料的结合处，称之为P N 结。晶体管的P N结的实质是疏通或堵塞电子空位。 多出电子 P N结 缺少电子 N 区 P 区 由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在在以4 价为主体的硅结构元的连接中，有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中，顶替了一个硅原子的位置，在整体上则缺少电子。 把这两种晶体紧密结合，N 型半导体中多出的电子就向P 型半导体中扩散。这样，在结合部附近，N 型半导体中多出的电子正好填补了P 型半导体中的电子的缺失，形成了P N结。因为物质的每个电子都有原来的归属，这样的扩散不可能太远，也不稳定。所以P N结很薄，电子数虽然补齐，但是掺杂原子不同，所以也不很稳定。存在着较少的临时电子空位，电压波还是能在其间传导。 由此构成的二极管中，三部分的导电能力各有不同：在P N结的电阻最大，P区电阻最小，N区电阻在二者之间。 如果在二极管加上反向直流电压（使电子由P流向N的电压），在电压的驱使下电子由P 极进入，经过电子空位，到了PN 结处。因为Ｐ区的电阻最小，电子流速较快，大量的电子到达P N 结处，电阻变大、运动受阻，电子就在P N 结前聚积，把Ｐ区更多的电子空位填满，使得P N结变宽，电阻更大，大到连电压波也不能导通。于是，从P 极进入的电子填塞了电子空位，没有了电子空位，所以此路不通。 在二极管上加上正向直流电压，（电子由N流向P的电压），在电压的驱使下，因为Ｐ区的电阻最小，P N结中的电子迅速地流向Ｐ区，打破了P N 的平衡，使得P N结中缺少电子，形成一个新的Ｐ区。（实际上这时P N 结已不存在，已经形成了新的Ｐ型半导体）在电压的驱使下，电子进入N 区。外电子的到来，更加剧了N 区价和电子运动的紊乱，使N区的导电能力增加，多出的电子顺利地通过了P N 结涌向P 区，因为这时P N结已不存在，Ｐ区的电阻最小，电子在Ｐ区流动最快，不会形成淤积、堵塞，所以形成了通畅的电流。 综上所述，电子由P 区向N 行不通，而由N 向P 则势如破竹，这样，就形成了二极管的单向导电性能，所以二极管可以用来整流、检波（截断反向电流）还可以利用二极管反向电阻大，在电路中起隔离作用。 把二个P N 结结合起来就构成晶体管，全称是半导体晶体三极管。三极管是重要的电子元器件，将另题讨论。本文主要探讨半导体导电原理。 有教科书说：在纯硅晶体中掺杂了５价元素之后，多出的电子没有归属，就形成了自由电子，于是导电能力增加。这是值得商榷的。 一、掺杂了５价元素的Ｎ型半导体只是导致了价电子运行的紊乱，使导电能力略有增加，远没有像金属那样有良好的导电能力。 其二，Ｎ型半导体的导电能力是随温度的增加而增加，这一点正好与金属相反。 其三，就算是Ｎ型半导体的导电是因为形成了自由电子，可是与缺少电子的Ｐ型半导体相比，其导电能力要差很多。这个有自由电子的，导电能力怎么这么惨，而那个缺少电子、没有自由电子的 Ｐ型 ，其导电能力是 Ｎ型的 1000倍 。 怎样解释？ 其四 ，如果多出的电子是完全自由的自由电子，那在晶体管中Ｎ区的自由电子就会向Ｐ区无限制的填充，直到把Ｐ区填满。然而事实是Ｎ区的电子向Ｐ区的扩散非常有限，ＰＮ结只有十来个原子的厚度。因为材料中每个电子都是从属于一、二个核心，都有本来的归属，ＰＮ结中形成的扩散不仅有限，而且也不固定，存在着电子的轮换，正因为ＰＮ结是动态的，所以ＰＮ结内还是有少量的电子空位，其的导电能力要好于纯的硅晶体。存在上述四项理由，掺杂产生自由电子之说是不能成立的。 有文献还说：在纯硅晶体中加了３价元素后，缺少的电子形成了空穴，空穴像电子一样也是一种“载流子 ” 。 大自然怎么会不厌其烦制作这名目繁多载流子 是值得商榷：电流是在电压波作用下电子的定向运动。在电压波作用下空穴是如何定向运动，电压是如何指令空穴运动？ 空穴只是构成电压波传导通路、提供电子通行的电子空位。把这种能使电子运行的通路说成是载流子，给人的感觉就好像是把公路说成是汽车。 2015-3-31
个人分类: 物理新视点|2988 次阅读|4 个评论
2015Angew：新型二维半导体砷烯、锑烯
热度 60 nanohappy 2015-1-16 14:54
2015砷烯锑烯二维半导体.pdf 砷烯、锑烯展现独特半导体特性 近日，南 京理工大学纳米光电材料研究所曾海波团队(研究所网页： http://ion.njust-smse.com/ )， 与美国 Universityof Puerto Rico 陈中方教授、南京师范大学李亚飞教授合作，在全新二维半导体设计方面取得重要突破， 相关成果以 “Atomically Thin Arseneneand Antimonene: Semimetal–Semiconductor and Indirect–Direct Band-GapTransitions” 为题在线发表在《德国应用化学》（ Angew.Chem. In. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201411246 ）上，并被选为 “ 热点文章 ( HotPaper ) ” 、期刊封面 。该期刊由德国 Wiley 公司出版，是化学与材料等学科顶尖期刊，影响因子为 11.3 。第一作者为张胜利博士，曾海波教授为通讯作者。 文章链接为: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201411246/abstract 近年来，原子级厚度二维晶体材料，如石墨烯、硅烯和锗烯等，展现出卓越的性能，被广泛应用于信息、能源器件。然而，这些碳族二维晶体也暴露了严重的弱点 —— 零带隙，严重影响了它们在电子、光电子器件中的应用。此外，硫化物二维晶体带隙小于 2.0 eV ，而氮化硼白石墨烯带隙则高达 6.0 eV 。显然， 二维半导体的带隙、响应光谱波段存在严重缺失 ，影响了相应器件的发展。 曾海波课题组设计了具有 高稳定性、宽带隙的新型二维单元素半导体 —— 单层砷烯 (Arsenene) 和锑烯 (Antimonene) 。首先，这两类二维材料的稳定性非常引人注目。一方面，所选取的母体晶体结构是它们最稳定的构型，其层间作用力仅与六方氮化硼接近。另一方面，砷烯和锑烯中每个原子遵循八电子配位， 自我调整形成了高稳定的波浪状二维结构 ，相应的声子谱完全没有虚频。因此，实验上很可能通过机械剥离、液相剥离、气相生长等制备这两类材料。其次，这两类二维材料展现了具有重要应用前景的电子结构转变。砷和锑的层状块材是典型的半金属。而第一性原理计算结果显示，当减薄到一个原子厚度后，它们 转变成了间接带隙半导体，带隙值分别为 2.49 和 2.28eV ，正好对应于蓝光光谱范围 。此外，加载微小的双轴应变，就可实现从间接到 直接带隙 的转变，以及带隙大小的调控。这些电子结构特征表明，砷烯和锑烯在 蓝光探测器、 LED 、激光器 方面具有应用潜力，甚至可用于 柔性透明力 - 电、力 - 光传感器 。 自 2004 年发现石墨烯后，研究人员主要集中在 IV 碳族二维体系，忽视了 V 氮族。该工作设计的砷烯锑烯，及近两年发展迅猛的磷烯，有可能共同掀起氮族二维半导体实验和理论研究的热潮。该工作在线 三天内 即获得了国际同行的强烈关注。一方面，从 arXiv 预印本文库获悉，该工作已经被爱尔兰都柏林圣三一学院 JonathanN. Coleman 教授正面 引用 。 另一方面，该工作已经被 NanoWerk 、 ChemistryViews 、 MaterialViews 、 Nature 等国际学术媒体进行了 亮点报道 ，链接如下。 Nature 2015, 517, 246: http://www.nature.com/nature/journal/v517/n7534/pdf/517246c.pdf NanoWerk : http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=38681.php ChemistryViews: http://www.chemistryviews.org/details/ezine/7241602/As_and_Sb_Monolayers_as_2D_Semiconductors.html MaterialsViews: http://www.materialsviewschina.com/2015/01/15239/ 以上研究得到了科技部国家重大科学研究计划、基金委优秀青年基金、江苏省纳米材料与装备协同创新中心的资助。 后记： 1，本文在出版过程中得到了ANGEW主编、责任编辑、审稿人，的快速处理，2周即完成。无论他们能否看到，均至以真诚的感谢！ 尤其感谢审稿人的高度评价！ 其他国际同行的稿子，相信很快就会出来。 2，如果砷烯锑烯能成为一个新领域， 理论上还有许多重要的工作有待开发 ，比如 如何不需要外力、外场就能实现直接带隙？ 期待有同仁加入共同努力。 3，砷烯锑烯要能成为一个新领域，更为关键的是实验实现，因此后面二维晶体的制备将成为里程碑式工作。我们组和另一个德国组在尝试，但是我们组一直二维晶体制备技术就不高，德国人做事太慢，因此这一工作不大可能出自这两个组， 呼唤二维晶体制备高手加入！ 希望这仅仅是个开始！
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两篇光催化review论文介绍
xinliscau 2015-1-6 21:12
综述一： 太阳能分解水异相半导体的工程化设计 http://dx.doi.org/10.1039/C4TA04461D 由于能源危机及严重的环境污染，可再生太阳能源的利用及清洁性氢能的生产备受瞩目。因此，近年来，太阳能光催化及光电化学分解水制氢的相关研究逐步升温。本文从异相半导体的功能化改性策略角度入手，系统地从能带工程，维纳工程，仿生工程，助催化剂工程及其表面/界面工程等角度入手，详细地阐述了这些策略的原理，设计准则及其最新进展，为相关领域研究和新型光催化体系的开发提供参考。 综述2：光催化还原CO2合成太阳能燃料的半导体光催化剂的设计与构建 http://dx.doi.org/10.1007/s40843-014-0003-1 近年来, 严重的化石燃料短缺以及环境污染问题使得人工光合作用引起了科研工作者的广泛关注, 光催化转换CO 2 成为有价值的太阳能燃料被认为是解决能源危机以及环境问题的最好的方法之一. 有效地控制半导体表面的催化反应以及光生载流子是制备高活性以及高选择性半导体CO 2 还原光催化剂的关键因素, 至今, 研究人员已经提出了许多策略来增强光催化转换CO 2 的活性以及选择性. 本文在分析提高光催化效率和选择性限制因素的基础上, 尝试从几个不同方面总结了近些年来提高光催化CO 2 还原效率的方法以及它们的设计原理, 包括增强半导体可见光响应、 促进光生电子空穴分离、 提高CO 2 的吸附和活化、 加速CO 2 还原的动力学以及抑制不良反应等方面. 因此, 本文不仅系统地总结了近年来高活性高选择性光催化CO 2 还原光催化剂的设计进展, 而且可为高效光解水产氢和污染物降解光催化剂的设计提供参考
个人分类: 科研之路|156 次阅读|0 个评论
2014Angew、Scientific Reports：荧光碳点白光LED
热度 21 nanohappy 2014-9-14 14:34
2014Angew、Scientific Reports：荧光碳点白光LED 众所周知，通常情况下碳是黑色的。但是，研究人员最近发现，当碳材料的尺寸小到一定程度时，在外界光源的激励下能发出鲜艳夺目的彩色荧光。与传统发光材料相比，比如无机半导体量子点、稀土掺杂荧光粉、及有机荧光染料，这种碳荧光材料具有低毒、廉价、稳定、良好的生物相容性和水溶性等一系列突出的优点。因此，在短短几年内受到了国际上的广泛关注，已经成为了一种在生物成像、 LED 照明等等方面极具潜力的新兴荧光材料。然而，其发光机理仍然存在很多争议，这严重阻碍了这种荧光材料的发展。另一方面，固态荧光猝灭效应成为了它 LED 应用的一个最大问题。 最近，南京理工大学纳米光电材料研究所曾海波团队提出了表面态工程的思路，通过表面胺基的变化来实现表面态调控，最终获得了 激发依赖和非依赖的两类具有典型光学性质的样品 ，最高量子效率达到了 44.7% 。他们采用简单的水热方法以及生活中常见的柠檬酸和尿素为前驱体，实现了碳量子点表面态工程的可控操作。其中，尿素同时起到了提供碳源和胺基两个作用。由于胺基在高温下不稳定，因此，当温度较高时，胺基的含量就会因分解而降低，对材料的钝化程度也就降低，当温度较低时则正好相反。这样，他们分别在 200 度以上和 200 度以下获得了激发依赖和非依赖的两类典型样品，该结果与理论分析和设计符合得很好。后续光学性质，微结构的表征以及理论计算均证实了方案的准确性和表面态工程的可控性、可靠性，并通过形成复合材料获得了多色发光。此外，该材料作为荧光探针被首次应用在了水中有毒金属铍离子的检测上，结果表明该材料对铍离子具有高度的选择性和灵敏度，其最低探测浓度达到了 ppb 量级（微克每升），与传统的有机材料相比，成本大大降低。该工作以题为“ Engineering surface states of carbon dots to achieve controllableluminescence for solid-luminescent composites and sensitive Be 2+ detection ”发表于 Scientific Reports , 2014 , 4, 4976-4983 。文章链接： http://www.nature.com/srep/2014/140515/srep04976/full/srep04976.html?message-global=remove 。 图 1 ，上图 , 本工作中设计的两类激发依赖性与表面态；下图 , 表面态工程导致的多色发光。 图 2 ，上图 , 不同形态碳点及其固态发光；下图 , 以碳点为荧光粉 LED 白光输出光谱。 荧光碳材料拥有丰富的表面基团，使得它们即是电子供体，又是电子受体，从而在临近的颗粒之间形成静电相互作用及电子转移。因此，这些丰富的表面基团一方面让荧光碳材料拥有可调的荧光性质，另一方面却有可能是固态猝灭效应的根源。此外，如果能使颗粒之间相互支撑，从而减弱团聚的作用以减小π - π堆积导致的猝灭效应并获得固态发光，将极大地拓展该类材料的应用领域，尤其是目前国家大力提倡的白光 LED 应用。若其效率能接近传统的稀土类荧光材料，其应用前景将由于价格优势而极为广阔。 曾海波团队针对此问题提出了一种策略：通过较为精确的反应控制，利用线性聚合物的横向聚合及其稳定性，获得了相对单一的表面态和一种相互支撑的碳纳米环新结构。由于相对单一的表面态，使得上面提到的相互作用大大降低；而这种相互支撑的碳纳米环结构，也有效地降低了团聚作用。由于以上两点，他们成功实现了荧光碳材料的固态发光。材料的特殊结构，也为后续的发光机理的研究提供了良好的理论模型。光学性质的表征也与他们之前提出的发光机理吻合。随后，他们将该材料作为荧光粉制作了白光 LED ，光谱测试表明，制作的白光 LED 色坐标指数为（ 0.27,0.28 ），已较为接近理想的白光（ 0.33,0.33 ）。虽然量子效率较商用荧光粉偏低，但经过进一步的提高，有望实现高量子产率的白光 LED ，后续研究工作正在进行中。 这些结果将使人们对荧光碳量子点的发光机理获得全面而深入的理解，并有望在环境，低成本白光照明等领域中得到广泛应用。该工作以题为“ Inter-crossed Carbon Nanorings with Pure Surface States as Low-costand Environment-friendly Phosphors for White-LEDs ”发表于 Angewandte Chemie International Edition , 2014, DOI: 10.1002/ange.201406836R1 。文章链接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201406836/abstract 该项研究得到了国家重大科学研究计划（ 2014CB931700-02 ）、国家基金委优秀青年基金（ 61222403 ）等项目的资助。
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重返鲤鱼洲（9）---闯尖端
xuxfyuwp 2014-4-15 15:16
在农场还有过一段关于攀登科技高峰的经历。1970年4月20日中国首颗人造卫星东方红一号成功发射上天后，农场领导组织大家学习讨论，大家一方面感到欢欣鼓舞，同时也提出要向成功发射人造卫星的科技人员学习。 我们在学校也展开讨论，很希望能为国家的科学发展贡献一份力量。记得当时表决心时喊出了这样的口号： 卫星飞上天 小将创尖端 思想革命化 无高不可攀 讨论中不知是谁提出我们国家的半导体材料还很落后，主要是单晶硅不能自己生产，应该攻破这一难关。估计是某位老师提出的，因为我们那时还真不知道啥叫单晶硅。建议一提出，大家都很赞同，凭着一股革命热情，就准备动手干了。记得还认真讨论了方案，准备购置单晶硅炉。 但将这一计划向农场领导层汇报后，被一位军宣队姓田的参谋长否定了。这位参谋长还是比较实际的，他说你们要攀登科技高峰，必须先积累经验，从简单的事做起，要先学会盖草房，再去盖高楼。 在田参谋长的建议下，我们最终放弃了不切实际的想法，买了两台简易的编织机，开始学习编草袋子，为农场建设办点实事。这些草袋机虽谈不上有多高的科技含量，但在那个时代，也算是向机械化迈进了，代表了先进的生产力发展方向。只是与单晶硅的科技含量相比，差距确实大了些。 （原文写于2009-05-21 23:55:47 新浪博客）
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《求是人对话》——周树云与朱邦芬
yeqinma 2014-3-10 10:30
《求是人对话》是《苹果树下》的一个新创意，由一位曾获求是奖的科学家作为采访者，与另一位科学家进行深度访谈。对话双方也许是师友，也许是同行，也许只是单纯的粉丝与偶像。 第一篇《求是人对话》的采访者是清华大学物理系的周树云副教授，2013年求是杰出青年学者奖获奖人。在访谈中，她提出一连串的问题,引发她大学时的导师和如今的同事朱邦芬教授畅谈了他的学习和研究经历：包括他的三进清华（本科-研究生-教授）；在“知识越多越反动”的年代坎坷的学习生活；做学问如何做到最好；与他亦师亦友的黄昆先生的学风与幽默；以及他作为学术环境的改革者，对在中国创建世界一流院系的战略与智慧，和作为教育家，对青年学者的殷殷寄 语。 对话人物 ： 周树云——清华大学物理系本科，加州大学伯克利分校物理系博士。现任清华大学物理系副教授。 朱邦芬——清华大学工程物理系本科、研究生。曾任中科院半导体研究所研究员、清华大学高等研究中心教授、物理系系主任。中国科学院数理学部院士，1995年求是杰出青年学者奖物理组获奖人。 周树云教授在2013年的求是奖颁奖典礼上代表杰青致辞 一进清华——深受“国家需要”鼓舞的六十年代大学生 周： 朱老师您好，其实我颇有一些问题想向您请教，不过一直也没遇到好的机会。我觉得今天正好借求是访谈，问一些我感兴趣的问题。 朱： 行。我们可以随便聊，聊到哪儿是哪儿。 周： 我看您的学习经历，您是60年代中期考入清华大学工程物理系本科。您当时选择工程物理系，有什么特别的原因吗？ 朱：那时候对大学的学科专业并不了解很多。1964年10月份我们国家第一颗原子弹爆炸，我65年考大学时觉得原子弹对我们的国家安全很重要，所以报考了工程物理系。但实际上从我的家庭出身和社会关系来考虑，我是不适合考工程物理系的。因为我有个叔叔在台湾。他原来在“中国石油公司”做工程师，1948年去台湾高雄建炼油厂，后来就回不来了。所以我是有海外关系的，而工物系是有密级要求的。我进大学之前不知道，到了工物系之后才知道有密级这回事，也就是涉及保密的事，你是什么密级（绝密级、机密级、一般级等），就能接触什么密级的材料。我去报到的时候，碰到一件很奇怪的事：我发现别人的宿舍事先都已经分配好了，我却在门上找不到我的名字，不知道住哪个房间。一直到文革中期，别人才告诉我，说我的密级不符合工物系绝大多数专业的密级要求。 周： 您是属于一般级？ 朱： 一般级。但是我的高考成绩特别好，所以工物系觉得把我放走有点儿舍不得，稍微有点儿犹豫，最后还是把问题解决了。所以我完全是稀里糊涂地进了清华大学工程物理系。 周： 60年代的大学生们对学工程物理是不是特别有热情？ 朱： 对。我们那一届工物系是清华大学考分最高的，而且高干子弟也是最多的。我想， 第一颗原子弹爆炸对我们的影响很大 。 周： 所以，您本科所学主要还是工程和核物理这方面? 朱： 是的。主要还是核科学技术，与原子弹有关的。但是我们一开始是不分专业的，三年级才分，所以大家一开始学的都是一样的。 朱邦芬教授（中）在2013年求是沙龙上发言 周： 您本科毕业之后去了哪里工作？ 朱： 1970年3月我去了江西。当时毕业分配是由工宣队、军宣队负责的。我们班留校的比较多，大约有十几个。留校的一般都挑出身比较好的同学。那个时候有句话叫“掺沙子”，就是指原来的教师队伍里很多人家庭出身不太好，属于资产阶级知识分子，所以就在我们那届挑些出身好、表现好的留下来。像我这样家庭出身不算好的就理所当然地被分配走了。我们那年分配还有个原则：如果你谈恋爱了，就尽可能照顾你们两个人，一起分到很远的地方，边远的地方。那个时候我们年级谈恋爱的很少，因为女生很少；我们班是“和尚班”，没有一个女生。像我这样没有女朋友的，就分到象江西、湖南、安徽这些相对不算边远的省份，我被分配到江西。 那时候江西省的领导机关还叫“革命委员会”，省革委会主任是程世清，后来算属于林彪集团的。他是比较“左”的。江西当时有个共产主义劳动大学很出名，江西的大学生学共大，早早就下去劳动了。因而程世清说，江西的大学生都经过了农业劳动锻炼，你们从外面分配来的都没有经过，先锻炼去。于是我又被分配到了位于高安的江西省军区五七农场。那原来是个劳改农场，基本上是劳改犯在那儿种田，还有点果树。后来说要分来大学生，就把劳改犯都赶走了。除了我们这些需要接受“再教育”的，农场里还有些军队里的“走资派”，如（解放军开国上将）陈再道、（上将）李志民，还有不少文革时被认为是有问题的人。他们的劳动相对轻松一些，就是管理果树。我们（大学生）一年要种两季稻子，一季麦子。我们的编制是部队编制，管理我们的都是正规军人，完全按照部队那一套，早上起来跑步，半夜紧急集合，要站岗；一个连分九个班，还有炊事班，吃的菜都是自己种的。他们还对我们进行“再教育”，什么书都不许看，连毛泽东选集都不让看。管理我们的军人很“左”，说：你们把老三篇、毛主席语录学好就够了，不要看其他的那么多东西（笑）。当时有的同学弄来了英文版的毛选，想顺便再学点外语，这也是不行的，连中文版都不让看。因为部队里管我们的人文化程度比较低， 他们叫我们“老臭”，“臭知识分子”简称为“老qiu（四声）” ，江西话。 周： 那时候和您一起去的大学生，在那之前都没有从事过这种农活或者体力劳动吧？ 朱： 也有。也有从农村出来的，他们比较会干。我们原来在大学里每年也都要去农村干活，不过北方农村劳动和南方的还不一样，没有犁田、插秧、耘禾、割稻等等各种各样的农活。在南方，下田都要在田埂上走，非常窄，一下雨很滑，挑很重的担子在这上面走，要保持平衡不容易，很容易掉下去（笑）。当时在农场一年到头没有闲的时候。反正就是折腾你，不让你闲着，没事儿就让你去锄田埂上的草，去耘田！不仅我们没有闲的时候，连田里的稻子也没有安安静静的生长时间。因而花了大量的劳动，大量的化肥，两季稻的亩产加起来也还不到千斤。 周： 这样的生活持续了多久？ 朱： 两年。两年之后，71年底，我不知道是否跟林彪事件有关，那年年底就把我们再分配出去了。当时程世清好像也快倒台了。我被分配到江西德兴铜矿，现在属于江西铜业公司，当时号称是亚洲最大的露天铜矿。我被分到选矿厂做电工，大概做了两年。 周： 大概您大学所学的知识在这里还能派上一点用场（笑）。 朱： 对。修马达，架电线杆，高压开关操作，各种电工活我都干过。两年以后我被调去做技术员，电气技术员。后来我自己再弄点自动控制、仪器仪表，边干边学。一直到1978年，说可以考研究生了，我就报名考了。 周： 您从本科毕业到报考研究生，大概过了...... 朱： 8年。 周： 这8年时间，基本上脱离了物理研究。 朱： 对，基本是脱离的。考研究生前临时再把书拿出来翻翻看看，准备考试（笑）。当然这八年也自学了点东西，一个是学了外语，原来我中学学的是俄语，大学只学了一年英语。 周： 所以您在矿场、当技术员的时候...... 朱： 自学了点英语。另外像当时的电子学、电工学都自学了不少，还包括自动控制。 周： 这是一段非常特别的经历（笑）。 朱： 对（笑）。 周： 我想与您同龄的不少人都有类似的经历——一个断层。 朱： 对，不少。我们清华70年毕业的有两届，一届是64年入校，一届是65年入校。这两届毕业生后来选上院士的比例比其他各届都要高很多。几年前曾经有人问过这样一个问题： 为什么这两届学生（知识）学的最少，当选院士的反而会比较多 ？最新数据我不知道，前几年清华的统计是，70届总共出了10个院士。前面69届、68届、67届、66届，都比这个数字少很多。这是为什么？我分析主要有两点原因。第一点呢，因为这些人当时工作分配大多很差，很想改变环境，所以文革后第一次招研究生的时候，很多人都报名了。而很多高几届的人呢，单位要稍微好一点，年纪也大一点，不爱动了，报考研究生的人就少很多。其实当时中国的研究生教育是一个空白，包括我们的老师，在学术上与外面也脱节了十年，所以这第一批研究生恰逢比较好的机会，后来很多人还有机会出国留学，进一步学习。这些人虽然原来底子较差，但有机会学到新东西，而且当时国家也缺人才。这是一个原因。 第二个原因呢，我自觉得，也符合我现在所鼓吹的人才培养观：一个人的成才主要不是靠学校里学的这点知识。你离开学校的时候就学了那么点儿东西， 毕业后的长进主要还是要靠自己去学，去研究 。因此自主学习、自主研究的能力非常重要。有的人自学能力比较强，后来能不断地进步；有的人是好学生，老师布置的他做的很好，老师没有教的他就不会。这样他以后的进步就比较慢。我们这批人在学校里学的知识比较少，当时都渴望学习。后来毕业出去了，很多东西都不懂，别的本事没有，自学能力有的人可能还比较强，自己后来杂七杂八地也学不少。原来所学知识比较少反而迫使这批人更多地去自学，这实际上对这批人是一种锻炼。这是我当时对这个问题的两点解释。 二进清华——固体物理研究生班 周： 一个很特殊的时代。不过，我觉得您说的自主学习的能力确实在任何时代都很重要。后来您是通过固体物理研究班回到清华大学学习，您能否谈谈您在固体物理研究班的学习经历？ 朱： 好。固体物理班上有几位我们班当初留校的同学，比如（后来的清华大学校长）顾秉林。开始考研究生，我首先想到的就是回清华。我当时写信给我的同学，他们告诉我固体物理班招生，所以我就报了固体物理。 周： 70、80年代的时候，固体物理还是相对比较新的学科。 朱： 对。清华原来没有固体物理，工物系原来有材料物理、理论物理这些相关专业。杨振宁先生72年第二次访问中国时跟周总理讲，基础研究很重要。当时他访问西安交通大学，看到许多教授在劳动，在用手分拣电阻，就说：中国应该重视基础研究，应该有一批人去从事基础研究，让这些有成就的科学家做这些简单的工作，是不好的。之后周总理就和后来北大的负责人周培源说了这个事，意思让北大、清华这两个学校来抓一抓基础科学。北大听了之后还在讨论研究，而清华行动比较快，很快就组织了四个研究班，固体物理班是其中一个，专门招收一些刚留校的毕业生。73年的时候，我出差到北京，看到我们这批老同学，他们学的都挺带劲的，住在大学生宿舍里，晚上10点钟都还在自修，脚泡在盆里，边洗脚边还看着书。我当然很羡慕，后来一有机会就赶紧报考了。临时抱佛脚，考的还可以（笑）。 周： 当时是清华大学物理系？ 朱： 那个时候没有物理系，还是工物系。 周： 那是在物理系恢复前的四年。后来物理系复系之后，是不是很多人就回到物理系这边了？ 朱： 对。当时工物系分到物理系的有理论物理、固体物理、加速器教研组，还有核物理教研组。其他几个专业还留在工物系。 周： 固体物理研究班当时虽然规模不大，只有不到二十人，但是这些人中间出了很多杰出的人物，对８２年后清华物理系的恢复和建设起到了重要的作用。除了您之前提到的两个原因——自学能力以及大环境的影响之外，您觉得在办学方面，这个研究班有什么独到之处吗？ 朱： 独到之处其实还是这两点。因为清华办固体物理班，主要负责人是熊家炯老师，他是学核物理出身的，实际上对固体物理不太懂。另外还有张宏涛老师，他原来是学材料的，教研组里几位年轻的老师，对固体物理懂得也不多，所以很多学生都自己找题目去研究，自己去学习。老师一方面和我们一起学习，另一方面为我们的学习创造了尽可能好的条件。当时清华固体物理请了（美国著名凝聚态物理学家）P. W. Anderson来讲了两个月的课。我跟一个同学负责整理安德森的讲课录音，当然很费劲。录音一遍遍的听，一方面要听内容，一方面要听英文。这样的学习环境，好处是没太多历史包袱，而且 一开始学的就是比较前沿的知识 ，例如安德森讲的是他那本当时尚未出版的专著“Basic Notations of Condensed Matter Physics”中的部分内容，而我们当时的固体物理教材是Ashcroft和Mermin的经典教材《固体物理》。所以，一开始接触的都是最新的知识。我想这是一点。第二点呢， 整个学风很好 。文革之后，整个国家欣欣向上，风气都非常好。很多人都觉得被耽误了十年，要挽回来，所以非常用功，非常努力，而且整个社会风气、学风都比较好。 半导体所二十年——黄朱模型；“做到第一”和“做到最好” 黄-朱模型”的两位作者在讨论问题（左为黄昆先生） 周： 您硕士毕业之后，就到了半导体所工作？ 朱： 对。我在那里工作了差不多20年。1981年到2000年。 周： 那也是您学术上非常高产的时期。八、九十年代正是半导体物理和超晶格蓬勃发展的时代，您能向我们介绍一下当时您最著名的工作—— 半导体超晶格光学声子模式“黄朱模型”的背景 吗？ 朱： 我到半导体所，是跟黄昆先生一个组。1977年黄昆到半导体所做所长，他觉得半导体所的物理研究应该加强，就成立了一个物理研究室。物理研究室里面有个理论组。黄昆作为所长，本人的研究也在理论组里。当时理论组有十个人左右。在进所前黄先生对我先进行了一番面试，之后就把我安排在理论组里。70年代末、80年代初的无序系统理论领域是很活跃的前沿领域，领头的四个科学家被戏称为“四人帮”，以安德森为首，很有名。刚进所时我在进行非晶态半导体的理论研究，而黄先生那段时间的主要兴趣在无辐射跃迁，多声子跃迁问题。所以后来我开始跟黄先生做多声子跃迁的研究，再后来也一起研究了一点量子霍尔效应，在这之后我们的兴趣就慢慢转到半导体超晶格和量子阱了，因为当时觉得这个领域很重要。 1985年我到瑞典访问了半年，研究半导体GaAs/AlAs超晶格中的声子和拉曼散射。回来以后，我向黄先生汇报在瑞典的研究工作，包括超晶格光学声子，拉曼散射等。我当时研究的声子实际上是一种特殊的声子，它的传播方向跟超晶格的界面是垂直的。在这种特殊情况下，声子的纵模跟横模是完全解耦的。所以，黄先生问我一个问题：如果声子是朝着斜的方向传播（即声子传播的方向与界面不垂直）该怎么办？他的第二个问题是：你研究的超晶格是由2种极性半导体构成的，而极性半导体中的光学声子存在纵模和横模的分裂，这主要是由于库伦作用的影响，这里你是怎样考虑超晶格中光学声子的库伦相互作用的？当时黄先生提的这两个问题我都回答不出来。后来我读文献，正好看到了Cardona【Manuel Cardona，西班牙固体物理学专家】研究组所做的一个实验，他们认为描述超晶格光学声子原来一直沿用的介电模型是不对的，跟他们的实验结果不符。于是Cardona认为必须修改边界条件。原本是静电边界条件，就是说，静电势在界面处等于零，应改成力学边界条件，也即光学位移在界面处等于零。Cardona85年在PRL【按：Physical Review Letters(物理评论快报)】上就超晶格光学声子问题发表了两篇文章，我看了以后觉得他们的边界条件修改并没有太多的道理。但到底什么是对的呢？我于是跟黄昆先生开始着手研究这个问题。当时国际上许多人对这问题感到很困惑。比如说，超晶格中的光学声子存在限制的类体模和在界面极大的界面模，Cardona的这两篇文章发表在同一期PRL上，一篇是讲介电模型推导出来的类体模与实验不符，应修改边界条件；紧接着的另外一篇却说，界面模跟实验符合得很好，而界面模恰恰是从同一个介电模型推导出来的。这很让人困惑：为什么介电模型用在类体模这儿不行，用在界面模又可以？到底超晶格中的光学声子应该是怎样的模式？我跟黄先生从86年开始研究这个问题，直到88年发文章，做了有一年多点。这一年多我跟黄先生讨论的非常多，我记得88年春节我上他家拜年，我们俩还讨论了很久。所以那段时间，实际上我跟黄先生整天就翻来覆去地讨论这些问题。 周： 这也是当时半导体研究的一个非常受关注的问题。 朱： 当时很多人都觉得这个问题很有意思，但怎么解决并不知道。所以，我们做的应该讲还是当时国际上比较关注的工作，一共发了三篇文章，建立了被国际学术界后来称作“黄朱模型”的超晶格光学声子模型。其要点有：（1）类体模的光学位移和静电势在界面均应是节点，据此给出了类体模的解析表达式。（2）界面模与类体模之间存在内在联系，界面模具有强烈的各向异性，当声子波矢与超晶格生长方向平行时，界面模演变为半波长等于阱宽的驻波；并且，声子色散引起界面模与频率相近的类体模之间的混合。 当时存在三种超晶格光学声子模型：最早的介电模型，Cardona提出的波导模型，以及我们提出的（黄朱）模型。后来（加州大学伯克利分校的）Peter Yu等人的实验证明，我们的模型最符合他们的实验结果，后来大家都认识到，原来介电模型产生的问题在于，当它所处理的类体模是简并的时候，便无法确定类体模的模式，这时不能简单套用静电边界条件，主要的毛病就在这个地方。对于界面模来讲，因为它不是简并的，所以完全正确。 周： 当时大家对这个研究方向都很关注，显然竞争也蛮激烈的。其实我们现在做科研很多时候也讲究一个时效性。做一流的学者，you either be the first one, or be the best one（要么做第一人，要么做最出色的），您如何看待这两者之间的平衡？ 朱： 实际上做研究，很多credit（功劳，赞誉）都归功于最早的、第一个人。一般挖“金矿”，第一个人最容易挖到好东西，然后最多的credit归他。后面的人，因为是别人挖过一遍后你再去挖，很费劲，难度要大很多，挖到的可能也不一定是最重要的成果，最好的往往已经被别人挖掉了。所以， 科学研究最重要的，首先是能提出一个好问题，在别人不重视，还没发觉这里面有比较重要的工作之前 ，你能看到，然后去做...... 周： 有这个洞察力！ 朱： 对。洞察力很关键。我觉得我们中国的研究总的来讲在这方面比较欠缺，就是不善于提出好的问题。一旦已经有一个好问题（被提出来），再去解决，这个方面我们的训练、我们的能力还可以。这当然与我们传统的教育模式有关系，我们习惯做习题，认为书本总是对的，给你一个题之后你可以解决得很好。很多人出国做研究、访问，可以把别人给他的研究课题完成得很好，能发很好的文章，但是回来之后，比如说自己带学生的时候，就不善于提出好问题。我觉得总的来讲我们这一块比较欠缺。 周： 对，创新，善于提出好问题的能力。 朱： 对，创新。这是我们跟国际一流的、顶尖的科学家的主要差距，就是提出问题的能力。但现在我觉得这个差距在慢慢缩小。至少目前来看，我们国家的研究发展得很快，看到哪个问题很重要，在别人做出比较好的结果之后，我们马上就可以（接上去）做，而且做得很好，做得好的组也很多。比如铁基超导、拓扑绝缘体这样的方向，中国人能很快跟上去，并且成为世界上做的最好的几个研究组之一。但实际上，譬如铁基超导，最早并不是中国人提出来的；拓扑绝缘体，最早也不是在大陆这边提出来的。 我们赶热潮的能力很强，但是自己开创一个潮流，开创一个领域，这方面我觉得还比较欠缺 。 我在2003年刚当上清华物理系系主任的时候，曾在《新清华》【按：清华大学校刊】上写过一篇文章，《什么样的物理系算世界一流》。我当时提出了四个台阶——第一个台阶：就是做了一些有价值的工作，能够发SCI论文，这是一个起步阶段，一个起码的条件。第二个台阶：可以在一个领域，就一个问题做出一些有影响力的工作，在一些高影响因子的杂志上发表比较深入的、水平比较高的文章。第三个台阶就是，在一个领域里，能持续做出系统的高水准成果，例如人家都知道清华大学物理系有某个组是国际上某个领域最好的几个小组之一。如果这个领域要召开国际会议，邀请报告，必然会邀请你。而第四个阶段是要成为这个领域的开创者，要引领潮流。我觉得一个系里面如果有几个能够引领国际研究分支领域的组，那么这个系就毫无疑问是世界一流的。所以我当时借用了清华原来一个教授的话【按：为原清华大学物理教师赵静安】，文革中“斗私批修”的时候，他说自己原来有一个个人成名成家的计划，叫做“ 30成名，40成家，50威震天下 ”。后来我就说：我们物理系的第二步是成名，有一批教授在国际上有点名气；而第三个阶段就是要成家，大多数同行都知道，比如某某领域清华物理系做得很好，这算是成家；第四个阶段就是威震天下，清华大学的某人、某个组开创了某个领域，在这个领域引导世界。 现在我觉得物理系已经有一批研究组、一批人走上了第三个台阶，如拓扑绝缘体研究，碳纳米管的研究和应用，但是要说开创某个领域，这方面还差一点。评价一个系一个学校，我觉得当时提出这四个台阶“四步走”，还是比较可操作的。不完全看SCI，SCI当然要看，并且是重要的，但是到了一定阶段后，不能光看你发了什么文章，发表在哪儿，还要看它在整个领域的影响力。 黄昆先生为人和治学——一个开创风气的、纯粹的科学家 1958年黄昆教授（右）和夫人李爱扶、长子在长城留影 周： 您在物理所的时候跟黄昆先生有过很长时间的合作是吗？ 朱： 是半导体所，不是物理所。但半导体所是从物理所分出来的，它最早是物理所里的一个半导体研究室，60年的时候分出来了。因为当时重视半导体，所以就分出来成立了一个所。关于中国的基础研究，黄昆先生有个理论： 领导人越重视哪个领域，那个领域的基础研究所受到的冲击就越大 。 周： 为什么？（笑） 朱： 这是他在文革以后总结的经验教训，根据历史总结的。他说为什么呢？50年代的国家政策是“以钢为纲”，于是中科院在沈阳专门成立了沈阳金属所，金属物理这部分研究就分给这个研究所负责。但是，沈阳金属所的主要任务不是研究金属物理，而是研究钢材的品种和质量。而且,它所从事的质量研究并不是一步步从基础物理着手，而是靠攻关和会战。到了60年代，国家觉得电子工业很重要，半导体很重要，于是又成立了半导体研究所，半导体物理也被分到了半导体所，但在半导体所中，物理研究并不受重视，重视的是半导体元器件和材料的“攻关”。半导体所的研究人员后来用“炒菜”来形容当时的这种科研“攻关”。中国人炒菜不太讲究严格按照菜谱操作：什么时间加进去几两这种菜，几两那种菜，什么时间加几分作料，火候多大，等等，反正差不离就行，就凭感觉炒呗。 炒个10锅20锅，如果正好有一锅炒得特别好，那么我就成功了，就可以去报奖了，这就是我们的成果 （笑）。像半导体所，那时长单晶，做管子，成品率其实很低。如果有一次碰巧运气特别好——因为你去试，试的次数多了，总有运气好的时候——成品率特别高，或者正好这批管子的各项指标特别好，你就可以去报奖、报喜了：“我已经攻关成功了！”但是这个结果能不能被重复呢？这是个问题：有的能重复有的不能重复。而且，就算是能被重复的结果，也是完全沿着别人的路做出来的，并不是从基础上发现了一个新的机理，提出新的器件。那个时候的科研基本上走的是这么一条路。80年代我在半导体所的时候，上面领导总是关心你们的4K的RAM（随机存取存储器）做出来了吗？16K的RAM做出来了吗？16K的做出来了，下一步是做多少?完全只看半导体所的集成电路什么时候做出来（笑）。所以领导越重视，他越是盯着你的具体成品成果。当然领导这样做也是出于好心，关心科学技术成果的应用；而如果你要做基础研究，从基础物理开始，最后到成品，这条路太长，见效太慢。所以越是受重视的这些领域，它的基础研究就越容易受冲击。 周： 所以对于国家比较重视的这些领域，可能相对更容易急于求成，缺乏一个好好做的耐心。 朱： 对。所以我觉得黄先生这句话是一针见血。 周： 黄先生对中国的物理界的影响是非常大的，我想请您评价一下他对中国物理学界的贡献。 朱： 首先我觉得 他应该是开创风气的一个人 。其实黄先生51年回国以后，很长一段时间基本上都在教书。在北大教普通物理，后来也教固体物理，半导体物理，教了十几年书，一直到文革开始。文革之后他才到了半导体所，又开始有机会做科研。 像他们很多老一辈的人，特别是像黄昆，并不是太计较个人的名利和得失，很多问题都是从整个国家的角度去考虑。而我们现在很多科学家考虑问题往往只考虑自己的领域，或者考虑自己的小单位。这两种考虑问题的眼界和境界是不一样的。黄先生对各种奖、各种荣誉也都不在意。2001年他获得国家最高科学技术奖，实际上这个奖的申报主要是半导体所和科学院比较有积极性，他自己并没什么积极性，报奖材料很大一部分都是半导体所让我整理的，而我当时已经在清华了。获奖之后，杨振宁先生给黄先生发了个电邮祝贺，杨先生说：“祝贺中国今天授予你的巨大的荣誉。我知道你的朋友和学生大概都为此而高兴，而你会不那么样的高兴。但是庆祝典礼毕竟是重要的，是有意义的。”后来黄昆回信道，“你已经正确地估计到我对这次获奖的感觉，你的评论促使我这些日子一直在思考。我想，无论是对我还是对我周围的人，我应该对我们所能做的一切更高兴一些，我开始注意到这一点。我不知这是否就是你脑中所想的，不管怎样，想到这一点将有助于我。”他觉得杨先生很了解他的一些想法。 周： 黄先生很淡泊名利。 朱： 对。一个比较纯粹的科学家，就喜欢做点学问。有时候他跟我讨论，比如对有些教科书的内容，概念的讨论。他对概念抠得很厉害。人家送给他的教科书很多，有的写得很差，他就说这样的书可以用来考研究生，给他半个小时，看看他能从里面挑出多少个错误概念（笑）。他真是做学问的人。 黄先生一辈子文章不多，他51年回国之前在国外发表了十几篇文章，当时已经算很高产了。他的十几篇文章基本上是一篇文章解决一个问题。他后来总结他的治学，有“三个善于”： 第一是善于提出好的问题；第二是善于找到一个好的方法来解决这个问题；第三是善于找到最重要的结果并推广它 。这是他一辈子治学的经验。他觉得自己早期不太善于推广和找到最重要的结果，而更像是：写了篇文章把这个问题解决了，就去做其他的事情了。比如著名的弗里德尔振荡（Friedel oscillations），实际上这个事情最早是黄昆做的，问题是他提出来的，方法也是他的，但他最后没有得到最重要的成果。因为他只做到最近邻(杂质原子和它最近邻的基质原子)，其实算得再远一点就会发现电荷振荡了，所以后来弗里德尔【Jacques Friedel，法国物理学家，与黄昆同一博士导师】接下去做，就发现了这个以他命名的现象。黄先生认为这件事情对他来讲是个教训。 周： 所以成为第一固然重要，然后还要继续往前挖深。 朱： 还要会摘桃子，你不能只摘到一个桃子就满足了。至少你要摘到一个最好的桃子！否则你挖坑、浇水、种树，辛辛苦苦几年以后，摘了一个桃子就满足了，你还得想想—— 你有没有摘到最重要和最好的“桃子” ？ 周： 所以，“做到第一”和“做到最好”之间还要适当地寻找一个平衡。 朱： 对。所以，黄先生说他早期十几篇论文基本上是一枪解决一个问题。而文革以后，他重新开始做研究，虽然创新性不如原来，但他觉得从挖掘成果的深度来讲要比之前强。 黄先生这一辈子大概总共发了四十几篇代表性的研究文章。他原来在英国的时候也就十篇多点，文革以后，他的很大一批文章可能是我跟他合作的。他自己的体会是，如果是做理论的，一个人一年发表2、3篇文章他觉得就算很努力，做得不错了。当然这跟现在（的标准）完全不一样。 周： 对，这也是时代的不同。 朱： 而且当时写文章是很费劲的，都是打字机打的，打错了又要贴又要弄，画图都是手画。 周： 您跟黄先生的接触中，您觉得学术也好，为人处世也好，您最佩服他的是什么？他对您的学术影响最大的是哪些方面？ 朱： 我刚才也说了，实际上我最佩服黄先生，或者说他对我影响最深的是：他是个比较纯粹的科学家。科学家分不同类型，有的科学家更善于组织，或者我们称他为科学活动家，用现在时髦话讲就是“帅才”。黄先生不是帅才，他比较适合做具体的事情。而且他认为，他的很多想法都是在做的过程中产生的，边做边产生想法。他说，如果自己不亲手做，就觉得脑筋动不起来。他是这么一个性格的人。 这一点黄先生对我有影响。另外一点，黄先生其实受莫特【Sir Nevill Mott，英国物理学家，1977年与P. W. Anderson共享诺贝尔物理学奖】的影响很深。从黄昆的学术谱系来讲，他的硕士是跟吴大猷，博士是跟莫特，博士后是跟玻恩一起写书。【Max Born，1954年诺贝尔物理学奖获得者，与黄昆合著固体物理领域的经典著作之一的《晶格动力学理论》】这三个人中，莫特对他的影响最深，而实际上莫特没有跟他合写过一篇文章，但是他的治学风格对黄昆的影响非常大。 第一，莫特在一段时间之内只对一个问题感兴趣。你跟他讨论他有兴趣的问题，他可以跟你讨论得很深入。如果去跟他讨论他当时没兴趣的问题，他几句话就把人打发掉了。黄昆找莫特做博士导师，一开始是以为莫特的知识面很广很渊博，因为他以前在西南联大图书馆读过莫特写的三本书，是三个不同的领域，当时觉得莫特很渊博，所以他拿到了庚子赔款奖学金就去英国找莫特。等他真的做了莫特的学生，才发现远不是那么回事——因为莫特 一段时间只钻研一个问题 。他说，莫特的渊博实际上是通过在不同的时期钻研不同的问题，这么建立起来的。所以莫特的这种风格影响了黄昆，他也是一段时间基本上只对一个问题有兴趣。 周： 专注于一个问题。 朱： 专注，并且亲手去做。他并不喜欢泛泛地看很多文献，对某个领域做review（综述），那不是他的风格。他是自己做最具体的问题，解决了以后，对这个领域有所了解。然后通过不同时期做不同的问题，来了解不同的领域。 莫特对他另外一点影响比较深的是：莫特的数学相当好，但是不喜欢用复杂的数学来做物理，他比较喜欢用简单的物理模型来做近似，提出个模型来做，所以他的数学用的都很简单。后来黄昆也是如此。他以前开玩笑说莫特的数学用来用去都是sine, cosine，arctan……最多加个hyperbolic sine, hyperbolic cosine。 也就是说，他用的很多都是比较初等的数学，但他用物理模型做近似的水平很高。而黄昆，我觉得他做研究最大的本事是微扰论：面对一个复杂问题，他可以把里面的很多东西扔掉，有的时候我都觉得扔掉这么多是不是合理？把什么都扔掉最后只剩一个因素，是不是离实际问题离得太远了？但黄昆的本事就在于能抓住最主要的因素，抓住以后建立起尽可能简单的模型，然后再加微扰，一点点地把其他次要因素加进去。这是黄昆的看家本领。我开玩笑说， 宋朝的赵普是半部《论语》打天下，黄先生是一个微扰论做物理 。这两点就是黄昆的风格，对我影响很深。当然我跟黄先生是没法儿比了。另一方面，任何特点也各有其利弊。 三进清华——系主任的战略眼光 周： 2000年之后，您选择回到清华大学物理系工作。当时是什么动机促使您回来？ 朱： 我实际上是三进清华，这说的是第三次，对吧？（笑）当时我去清华之前跟黄先生讲了，他内心其实是不太赞成。后来黄先生觉得我换个地方，对将来的发展可能会有好处。当时杨振宁先生在清华成立了高等研究中心，他们需要人，于是我就进了高等研究中心做教授。除了杨先生和聂华桐先生，我实际上是高等研究中心的第一个教授。我自己其实有个想法，就是——虽然科学院的工作环境比较单纯，主要的任务是做研究，但是一个人，譬如说像我，2000年的时候已经过了50岁了；我觉得 50岁以后到学校里可能比较合适。因为可以去教点书，可以跟很多青年学生接触 ，这是大学比科学院优越的地方。另一方面，90年代我在科学院的时候，科学院的同志老在担心在市场经济下科学院如何定位的问题。这个问题实际上到现在都还没有完全解决。所以科学院总有一种要为生存而斗争的压力，当然那也是种动力。而高校不管怎么样，就是在文革那么乱的时候，毛主席说大学还是要办的。所以从环境来讲，高校做基础研究比在科学院可能相对更好一点，因为科学院总是急于要用成果来体现它存在的必要性。从这样的考虑出发，当时我觉得过了50岁换到高校这样的环境工作是个不坏的选择。 周： 您是2003年到物理系担任系主任。系主任会有很多的管理、行政等方面的工作，跟您之前专注于个人的学术研究还是很不一样的。是什么原因促使您选择从专注于学术研究到尝试影响更多人，影响科研大环境、大氛围的这么一个转变？ 朱： 实际上是因为一个偶然事件。2002年，清华大学的王大中校长请了杨振宁、沈元壤、沈平、沈志勋四位著名物理学家来清华对物理系进行国际评估，这是清华第一次对一个系做国际评估。当时他们向王校长提交了一个评估报告，之后物理系就成立了一个落实国际评估专家意见的小组，相当于一个改革小组，探讨这些意见是否都合理？研究怎样落实这些专家的意见？我们如何改？当时高等研究中心虽然是个实体，但行政上属于物理系，所以我也被叫到这个组里去了。我们开了很多会。2003年，物理系领导班子正好要换届，系里有些人觉得之前我在改革小组开会时提出的意见和建议可能还比较好，所以就提名让我来做系主任。我当时很犹豫。做呢，对自己个人的研究很大程度上会有影响，而且我以前连个课题组长都没做过，完全没有行政管理的经验；但不做的话，我又觉得大家对我很信任，而清华物理系也确实需要作一些大的改动。我实际上是有思想斗争的。后来我考虑，如果学校真的让我做，我将在物理系做一些改革，学校也要支持我改革；如果学校不支持，那么我做这个系主任毫无意义。我当时提了些要求，主要的一个是： 物理系的整个体制要做改革，让教授、教师更多地参与系里的管理，包括很多决议要由教授会来做，民主管理，教授治系。第二点，我要求学校支持物理系做tenure track （教授终身职）的试点。 主要就是这两点。 周： 这个是从2003开始，也就是十年前？ 朱： 对。当时我提了一些建议，意思是学校同意的话我就做系主任，不同意我就不做。校领导还让我去做了一次汇报，具体讲一讲我的一些想法。但是实际上后来学校还没有具体落实对物理系改革支持到什么程度，具体会有哪些措施，没完全谈好就宣布了我的任命（笑）。我做系主任和顾秉林做校长是同一个月，都是2003年4月，顾秉林是我同班同学，他支持我做（系主任），意思是我的这些要求他会支持，当时学校的领导，如陈希、庄丽君等，也都很支持，后来我就这样上任了。 周： 您上任之后对教师队伍进行了一系列的改革，对吗？包括您说的教授治系、tenure track之类的。 朱： 对。那份国际专家评估报告有几点结论：第一要建立faculty（教授）和staff（职工）两个不同的系列，第二应该重视教学、人才培养。这两点我都非常同意，这两方面我们主要按照评估专家的意见去做。 我想到的另外两点呢，一个是 教授治系 ，报告里并没有这项内容。我当时就这个问题跟沈元壤先生讨论过，我说如果我做系主任的话， 要使我们系里的教授更多地参与到系里的管理工作 ，因为我觉得很多老师对系里的事不太关心，而是比较关心自己的事情。我想没有大家参与的积极性，一个系是办不好的。要让教授觉得他的投票，他的意见在系里是有作用的，能参与做出很多的决定。沈元壤当时不是太赞成我的意见。他认为一个好的“独裁者”能够开创一个好的“王国”，一个坏的“独裁者”将破坏一个“王国”，而民主制度介于两者之间。民主的效率总体上是比较低的，好处是效果不至于太坏，但要做得很好也不容易。因为改革会触动很多人的利益，会有很多人不赞成，要投票通过就很困难。不过我觉得当时系里老师对管理不太积极，从调动积极性这个角度讲，教授治系有它的优越性。为了这一点我们做了很多工作，制定了很多制度，包括引进人才、提职，系里所有重大问题决定都需要在教授大会上三分之二多数表决通过，更重要的事情需要系里全体教师大会表决，等等，都制定了制度。例如：教学工作量，我们系原来的规定是每人每年教64个学时的课，而我认为为了加强人才培养工作，这可能少了点，后来我们就提出要加一点码：每人每年96个学时的课。当时在全体教师大会讨论，2/3以上多数通过，投票前我完全没底，通过之后当然很高兴。事后很多人表示疑惑：这项决议对大多数人其实是增加了负担，为什么还能够通过呢？我就说，我对我们教师的觉悟有充分的信心（笑），其实大家都认同教学的重要。当时系里的很多决议都是通过投票，而且当场就开票，给教师们增加了很多参与感。我们也成立了许多委员会，很多事情由专门委员会决定。 另外的tenure track 制度呢，国际评估里也没有提，他们可能觉得当时清华做这个还为时过早，但是后来我们做到了，他们当然也很赞成。国际评估报告有一段话，说的是当时（2002年）正值清华教师换届，有一批年纪大的教授正好陆续要退休，会招新的人来补充。评估报告的意见是： 这个时候清华招进来什么水平的人实际上决定了清华二三十年之后的学术水准 。这段话我非常非常认同。但是如何保证教师质量？我感觉tenure track的一个好处是，助理教授需要经历五六年的tenure track考核期，实际上这是对一个人独立工作能力的检验。如果通不过考核就必须离开。这个阶段的压力的确会比较大，而这正是助理教授年轻出成果的最佳阶段。在最佳时候，给的压力大一点，他能够更充分地发挥他的潜能。所以从出成果和保证师资水准这个角度看，我觉得tenure track有它的优点。另一方面，有的人担心，等教授拿到tenure后，年龄会大一点，创造性可能会下降，加上压力减轻，是否对工作不利？但是，这个时候有保障的岗位也许会有利于这些有比较多经验的tenured教授更侧重教学，更安心地带学生。所以我感觉，总的说来，通过tenure track进来的师资，经过了分流，完全可以保证师资队伍的质量。我觉得美国大学研究的活力应该说是全世界最好的。tenure track制度有它的优点，当然也有缺点。欧洲、日本的制度自然也有不同的优点，没有一个制度是十全十美的。 我做系主任，除了对整个体制做了些改革外，日常主要工作有两方面， 一是加强教学，加强对学生的教学和培养工作，二是引进了一些极为优秀的新faculty，并努力使他们happy （笑）。尽管改革过程和日常工作中也难免有一些磕磕碰碰，总的来讲系里老师都很支持，学校也支持。做了7年多系主任，我觉得自己还是做了些事情，并不是为做系主任而做系主任，主要是做事。 寄语年轻人——“年青的时候还是要做点大事情“ 周： 在十年前做这样的事情，还是很需要勇气的，我觉得非常不容易。您刚刚讲到学生工作，我觉得您到清华做系主任之后跟学生之间有很多交流，包括清华的学堂班，【按：清华学堂人才培养计划，朱邦芬为清华学堂物理班首席教授】您也投入了很多精力。您觉得现在的大学生有什么特点和优点？跟世界上一流大学的学生比，他们有待提高的有哪些方面？ 朱： 我是很羡慕现在的学生的。我觉得他们的条件跟我们那时候简直没法比。现在各种条件都十分优越，学生懂得的东西比我们那时候多得多了；很多学生都很用功，很聪明。我觉得确实是很优秀，一大批学生都很优秀。包括很多刚进来的新生，对物理都已经相当了解，具备了相当多的知识。当然他们本事最大的是做题能力特别强（笑），做题速度飞快，而且什么题目都见过。做得又快又准确。我觉得清华的学生这一点是千锤百炼练出来的。虽然他们的条件很好很优越，我觉得现在学生还是有缺点。一个最大的缺点就是：他们从小就在一种过度竞争的环境底下，从小就做各种各样的题，所以相对来讲 功利主义比我们那代人要强很多 。很多事情他如果觉得对他没用，就不太起劲，主要精力都花在他认为有用的事情上。 周： 过于注重结果。 朱： 学生时代按说应该是最远离功利主义的年代。既不用养家糊口，也不用考虑孩子、职位等这些东西，应该是无忧无虑、最能“天马行空”、最喜欢“胡思乱想”的时候。现在学生最大的毛病就是功利主义比我们那时候强得多，当然他们的压力也比我们那时候大得多。好处是在这样的压力环境下可能会锻炼出来一批优秀人才，很多学生都让我很佩服：社会工作、各种各样的业余爱好，很多人很全面，很全能。但是，他们仿佛缺少那种发呆呀，随便去想点什么事情啊...... 周： 纯粹思考的时间...... 朱： 对。拿本小说看看，拿本闲书看看，他们没有这种时间。我觉得 青少年时候如果思想太单一，感兴趣的领域过于狭窄，长远来看并不是好事 。作为一个年轻人，应该对很多东西感兴趣，能够不计功利地对一些事情发生兴趣，开展些研究。我觉得这是现在一些同学的弱点——总的缺点就是功利主义太强。当然，我们的社会大环境，我们上一代要对此负主要责任。 周： 对。我觉得我们现在的本科生都非常出色，他们中间后来出国留学的，如果在国外遇到了合适的土壤，PhD论文可以做的非常非常好。国内的研究生的话，我觉得现在开始出现了一些做得非常出类拔萃的学生，但就总体水平来讲应该跟国际一流大学的研究生还是有挺大差距的。从培养人才的土壤方面，尤其是研究生这方面，您觉得从学校或者从老师的角度来说，有什么是我们可以努力为他们创造的条件呢？ 朱： 我觉得 培养研究生最重要的还是学术环境，是学风 。总的来讲，导师对学生的影响很多时候是无形的。导师如果不是太功利主义，那学生也不会太功利主义。老师如果比较斤斤计较呢，学生也会斤斤计较。譬如我们系的一个很大问题就是，每个礼拜的colloquium（学术报告会）出席的研究生比较少，他们一般只会去听自己有兴趣的，或者是正在做的方向。比如，这期colloquium请的报告人是讲天文的，很多凝聚态物理的人就不去听了；或者请的是讲凝聚态的，那学粒子物理的研究生也就不去听了。这样还是太急功近利了。第二点，在研究生阶段我认为还是应该多思考，多学点东西，对自己将来一辈子要做点什么事情，研究什么领域，有点思考。最好能找到一些你觉得有意思，而尚未被解决的问题。我觉得很重要的一点是： 这个阶段中你可以而且应该有意识地、系统地建构你的整个知识结构，找出在你感兴趣的领域里最重要的问题和可能的趋势，哪些问题是你觉得还没有解决，还值得你去研究的，哪些你觉得人家已经做得差不多了——做这个学术整理和规划的工作，我觉得很重要 。博士后阶段的压力比博士期间要大得多，必须做文章，出成果；而博士期间，往往还有比较多的时间深入地思考，考虑些短期不会出结果的问题。而这也是我觉得我们比较缺乏的，就是——一种讨论的氛围，研究探讨的氛围，以及同学之间的互相交流。这当然跟我们导师本身的学风和学术水准有关系。 这也跟我们的学术环境有关系；学术环境不够出类拔萃。我认为 所谓的一流学校和非一流的最重要的差别就是：学生的motivation（动力，内在要求） 。有的学生有探究未知的渴望，谈起他感兴趣的学术问题，两眼发光，确实有这种劲头；有的学生没有劲头，只不过是完成任务。这两种精神状态完全不一样，而好的跟差的学生的主要差别就在这里。当然，我们有些学生比较想出成果，motivation会显得更强；有些同学的性格比较与世无争，我觉得这也挺好。在名利方面可以与世无争，但是你对人生目标，这辈子要做些什么事，必须有想法，必须有比较强烈的愿望。这方面是我们所缺乏的。我做系主任的时候每年都开学生大会，提出这一年系里的学生工作主要准备解决一个什么问题。曾经有一年，我特别提出：我们的学生在学生时期应该及早开始形成人生规划，这辈子要想想要达成什么目标，而当下，为了实现这个目标应该如何做准备；准备做得越早，你就越主动。 周： 我想氛围的改变可能还需要挺长的一段时间，需要一些积累。 朱： 我觉得，我们的师资如果能在10年到20年之内得到一个根本的改善，也就是说我们的tenure track助理教授可以和美国一些最好的大学的tenure track助理教授的水平相当，再加上我们整个的学术氛围有一个比较好的改变，我们的学生、研究生水平会有一个比较大的进步。 周： 从学术条件、环境来说，您觉得现在中国物理的科研环境跟十年前、三十年前相比有什么异同？ 朱： 我觉得完全不能比。30年前的硬件条件跟现在根本没法比，没法想象。不要说30年前，就是10年前跟现在都没法比。这方面我们的进步非常明显。现在，国家对科学研究的投入很多，只要继续投入，不急于求成，再过10年、20年，中国一定会出一批领先于世界的成果，这是毫无疑问的。中国人也不笨。但现在有些媒体、有些领导也还是有点太着急，总觉得怎么还不出诺贝尔奖（笑）。事实上，你就算是做了一个诺贝尔奖级的工作，要获诺贝尔奖大多也还得再过二三十年。更何况现在还做不到这个地步。 周： 对。我觉得我们相对没有耐心等科学家慢慢出成果。 朱： 中国人的毛病是既急于求成，又容易遗忘，缺少鲁迅所提倡的“韧”的精神。 周： 所以十年磨一剑的事情很难实现。 朱： 做不下来，从上到下都比较浮躁。现在中国的硬件条件已经非常好了，软件方面，比如各种信息流通，也发生了根本性的改善。互联网、各种通讯手段非常快。30年前我们根本不知道国外同行同期在想什么做什么；现在国外一流单位的同行们对什么问题有兴趣，他们正在做什么，我们一清二楚。原来中国基本上是自己做自己的，跟人家学也是学人家几年以前的东西，现在就完全不一样了。当然闭门造车也不是说完全没好处，也许闭门反而能造出个比较有原创性的车，当然这种可能性很小（笑）。反过来说，现在大家知道的太多了，都跑去赶热门，这是坏处。但资讯发达，能及时知道人家在做什么，总归是好的。现在的主要问题还是学风，太过浮躁，这方面实际上要比从前坏了很多。 中国人大概是最没有耐心的一个民族 （笑）。另外一个问题就是，现在有一批聪明的孩子都被金融、经济，被那样的方向吸引走了，但这个大趋势也很难改变。中国人口很多，我想总有一批聪明人愿意选择物理。 周： 最后，我想请您谈谈，您对现在的青年教师有什么期望和建议？ 朱： 我觉得年纪轻的时候还是要做点大事情。不可否认，现在青年教师的压力很大，一些青年教师也常常抱怨生存环境太恶劣。确实，住房、孩子教育、科研、项目经费、自身提职和年度考核，这些压力都很大，环境对青年教师很不友善。作为学校和系的领导，应该考虑到这些问题，积极为青年老师减压。物理系当年制定的教师年度考核标准，是以3年作为一个周期来衡量，虽然做到“优秀”不容易，但“合格”的标准还是相当低的。现在回顾起来，我认为这些是合适的，是为了给我们的教师，特别是青年教师能做长远的研究、做大事，创造比较宽松的环境。这是一方面。另一方面， 我们的青年老师，在基本生活有保障的前提下，应当在精神上有所追求 。我刚分配到半导体所时，可以说完全没有栖身之处。我每天晚上睡在办公室，用一块木床板架在两个办公桌上，我太太临时住在一间住3人的单身宿舍中的一个床位上。孩子当时5岁多，林兰英先生【中科院院士，我国著名半导体材料专家】看我们可怜，允许我孩子晚上睡在她中午午休的一个单身宿舍床位上。这种情形一直持续了半年多。比起那时来，现在无论如何要好多了。作为一个中国一流大学物理系的教师，如果没有精神上的追求，不如改行去做其他物质待遇更高的工作了。 我们的年轻老师要牢记国家和民族兴旺的重任，要树立为科学做出较大的贡献的雄心，顶得住压力，耐得住寂寞。你可以三年不鸣，但要争取一鸣惊人。你三年五年不出大的成果，无所谓，但要争取在年纪轻的时候至少做出一两件将来能留得下来的成果。你们的目标并不应该是发表了多少文章，在哪个杂志发，而应该是： 我要做出一个或者一系列的成果，这个成果是同行公认的，教科书能够留得下来的。应该有这样的志气 。自己对自己要定个目标，高一点的目标，将来就算达不到，至少能“取乎其上，得乎其中”。 编辑/策划：马业勤 录音整理：于颖 http://www.qiushi.org/index.php?m=contentc=indexa=showcatid=29id=211
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从一位诺奖得主的经历看人才（131223）
热度 53 ymin 2013-12-23 08:50
从一位诺奖得主的经历看人才（ 131223 ） 闵应骅 中国人有很强的诺贝尔情结，从上到下，都希望中国大陆人能得诺贝尔科学奖。正好本月的 IEEE Spectrum 用一个长篇介绍了威廉 . 肖克利 (William B.Shockley) （见下面左图）。本文想用他的经历，就本人的理解看看人才的素质、追求、成长环境对我们的启示。 本人在 识人、用人是领导者最重要的才能（ 130826 ） 一文里提到过威廉 . 肖克利。他， 1948 年， 38 岁发明结晶体管， 1950 、 60 年代的第一个晶体管收音机和洲际弹道导弹和轰炸机都用了这种晶体管，开创了半导体电子学。同一年， 1948 ，他申请一个专利，叫“辐射能控制系统”，一个用视觉传感器的反馈控制系统。这个和晶体管没关系，和他在二次大战中的任务，战略轰炸，也没关系。很快拿到这专利，但被要求保密 10 年。把这个系统装载在一个自执导炸弹的鼻子上，靠照相机里被控的闪光，得到的实时图像决定投到什么地方。肖克利还注意到了它的和平应用，譬如建筑物的识别、售货机上钱的识别、生产厂家的成品检测。这是他第一次想像一个机器，由反馈控制和一个视觉传感器自主导向，代替工厂工人。 1948 年， 哈佛大学教授 Georges Doriot （一个风险投资家，投出了 DEC ）与肖克利讨论在维纳的热销书“控制论”影响下 MIT 该怎么抓紧搞自动化，鼓励他想想如何把他的专利用于制造。肖克利集中考虑如何让自动化用于制造，于 1951 年发明了所谓“光电子眼”。他相信一类新机器可能生产不同的产品，而不光是固定的一种标准化了的产品。在正式形成这一专利之前，肖克利要求修改与贝尔实验室的知识产权合同。该实验室所有人都签过一个协议，所有专利发明都属于贝尔公司所有，现在肖克利要求他的光电子眼的专利只能属于他自己。经过几个月商议，贝尔实验室和他于 1951 年 12 月 5 日达成协议，但只有效一年，而且限于自动化领域。由于 Doriot 的美国研发公司的支持，他给贝尔实验室总裁 Mervin Kelly 写信，要求公司建立以肖克利为首的重大项目“自动可训练机器人”。他说这项目比过去任何项目都重要，是今后最大产业的基础。他充满了自信，发出了最强音。他说的不是一个先进的机器，而是一个“自动工厂”，像科幻小说中的机器人，有“手”、“感觉器”、“记忆”和“头脑”。首先就是机器人眼，他有好几个想法，可以直接接触装置、识别部件、凭感觉定向。他觉得自动化革命即将到来，国家的生产力将在 10 年内翻一番。 1952 年 11 月他提交了机器人眼的专利申请。 10 天以后，贝尔实验室回答他，拒绝他的可训练机器人项目。于是，他离开贝尔实验室，在加州理工学院做起了访问教授，希望建立自己的晶体管公司，但全都失败。于是，他回到五角大楼，做武器系统评价课题组的头。 1954 年美国专利局批准了肖克利关于机器人眼的专利。 1955 年新年，他收到 Arnold O. Beckman 的贺卡，得知 Beckman ，一个化学家，高技术企业家，也对自动化感兴趣。 Beckman 生于 1900 年，比肖克利大 10 岁， 1928 年得加州理工大学物理化学博士。在此期间，他加入新建立的贝尔实验室，学习电子学和统计质量控制。毕业后，进入加州理工学院化学系当教员。 1930 年中期，他发明了酸度计，从此进入电子化学仪器行业。他的公司在仪表方面非常成功， 1952 年开始打出标语：“机器解放人。”肖克利与他先后同学，又都取得很大成功，两人签署合同，在 Beckman 仪器公司下面建立肖克利半导体实验室。肖克利把专利送给 Beckman 看，他压了两个月才给他的助手 Bishop ，请专家评审。专家的反顾意见说，此系统完全是学术兴趣，现在还不需要认真考虑。正在此时，肖克利拒绝了 Howard Hughes 关于在汉斯飞机公司内组建半导体电子组织的建议，而转入了 UC Berkeley 物理系，也得到耶鲁的 Offer 。所有这些职位都很吸引人，但肖克利 45 岁的时候， 1955 年 6 月，他决定离开贝尔实验室，并从五角大楼的高位退休，又离了婚。他要开始新的生活，创建自己的公司，成为自己想法的第一受益人。这时， Beckman 也对硅晶体管的抗震和可靠性特别有兴趣，于是，他们在 1955 年 9 月，签署协议，建立肖克利半导体实验室，它在两年内仍属于 Beckman 仪器公司，而肖克利完全可以自由探索任何东西。第一个任务就是扩散型晶体管的自动制造。肖克利坚持要 Beckman 投入个人精力，而且 Backman 公司应该负责商务、管理、市场和工资发放。两年以后， Beckman 就想，是不是把这个实验室单独成为一家公司，两人各占一半股权。 Beckman 的公司总部在南加州，可肖克利要把实验室办在帕洛阿尔托（ Palo Alto ），他在那里长大，他妈妈还在那里。斯坦福大学生气勃勃，北边的旧金山又是金融、军事、商业和文化中心，而且气候极好。肖克利草拟了新实验室的新闻稿，他要组建半导体发明的精良团队。这实际上开启了他对硅谷的期望。 1956 年底，肖克利组建了一个创新团队，包括 Gordon Moore, Robert Noyce, Jean Hoerni,Eugene Kleiner, and Jay Last 。同时，他由于创建晶体管电子学而获得了诺贝尔物理学奖（见下右图）。在这些成功中，他的实验室却麻烦大了。肖克利的竞争倾向和反复无常的管理方式随时都表现出来。他放弃他自己发明的基于四层二极管的扩散型硅晶体管。年青的 Moore 和 Noyce 非常不满意，他们希望 Beckman 帮忙，让肖克利只当顾问，另选经理。最后， Beckman 认为肖克利的方向是对的，继续支持他领导该实验室。 1957 年末， Moore ， Noyce 和其他 6 位离开，建立了新公司，那就是 Fairchild （仙童），硅谷第一个硅电子公司。肖克利所谓的这“ 8 叛徒”集中关注扩散型硅晶体管。他们一年之内就成功了，后来又搞出重要的新晶体管和基于平面工艺的集成电路，在硅衬底上化学地印刷出电路。平面硅晶体管和微芯片代替了真空管，出现了半导体电子学。在 1960-1980 年代，仙童培育出了许多半导体设备和材料公司，而仙童的后继有几百个。 1968 年， Moore （摩尔）和 Noyce （诺伊斯）创建了 INTEL （英特尔）公司，先做存储器，然后做微处理器，现在成为全世界最大的半导体公司。摩尔定律至今传颂。毫无疑问，肖克利的半导体富有成效，但他的实验室失败了。它没有生产出硅晶体管，也没有能推广四层二极管，在 1960 年代就关门了，肖克利退到斯坦福当教授去了。 Beckman 后悔没有能留住仙童和因特尔的创业者们。 1989 年，肖克利去世，没有做出他的可训练机器人。 1960 年代开始，晶体管大小的机器臂，后来在臂上还加了肖克利的“眼睛”。当然并不是他想像的那样，但是他希望的那样。 从肖克利的经历，本人有以下感想： 1． 人的特质是不一样的。知识分子中，有人善于做科研；有人善于做管理。肖克利善于做科研，他思维活跃，一会儿就想出一个 idea ，专利出得又多又容易。但他不善于做管理。别人对他的武断和朝令夕改，一会儿一个主意不满意。所以他的公司和实验室失败了。联想起来，联想集团如果没有柳传志，也不会有今天。这种特质也许是天生的，主要是遗传、基因起作用。科研和管理都做得好的，不能说没有，少之又少。让善于科研的人去做管理，是可惜；让善于管理的人去做科研，是勉为其难，很难出成果。 2． 个人奋斗与朋友相助，缺一不可。科研成果，甚至诺贝尔奖的成果主要靠个人奋斗。肖克利跳了这么多地方，一直奋斗不止。科学圈里的朋友相助，不可或缺。朋友的鼓励、朋友的批评，甚至是谴责，都很珍贵。不是说要找一帮人来捧你，而是要他们不断地端正你的思想，奋力前行。 3． 一篇 8 页长的介绍肖克利的文章没有提到过政府。肖克利不是靠政府提携出来的，政府要做的是给科学工作者提供自由发展的人才成长环境，让他们有足够的工资，不用担心没房、没车等琐事，集中精力搞科研，不要今天希望张三得诺奖，明天又希望李四得诺奖。把希望寄托在几个人身上，他们可能得不了诺奖，反而让大批人丧失了冲击的动力。
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纳米材料单分散新理论(1)-线性和波动曲线
热度 1 sulihong 2013-12-12 10:40
纳米材料自从1965年诺奖得主费曼提出概念后, 紧接着其后最重要的一个理论是日本科学家久保Kubo提出的关于金属纳米微粒的理论,另外1991年美国杜邦公司的研究者包括其华裔科学家，也提出了半导体纳米团簇材料的理论结果,还有MIT、欧美的研究者也提出了一些修正久保理论的结果，这些研究由于时代所限,实际很多无太多实验数据的支持或者数据准确度不足.久保的理论虽然可以解释一些纳米材料的实验现象和问题,但是对于更多的纳米材料新现象和问题却不能给出合理解释.多年来,这些作为纳米材料的经典原创理论,被大量文献所引用. 根据我们多年对于纳米材料的实验研究, 我们对于纳米材料的单分散有了更深一步的认识. 由此针对纳米材料单分散提出了一种新的理论, 涵盖了金属纳米颗粒和半导体氧化物等化合物纳米颗粒,得到了一些与久保纳米理论不同的结果和推论. 久保理论中,纳米材料随着粒径变小,表面电子能级间隔增大,是线性增加的;而我们的研究表明, 单分散纳米材料随着粒径变小,表面能级间隔增大,是波动非线性增加的，而不是久保理论指出的线性增加，同时新理论与久保理论同样很好解释了这一现象的离散性，但将离散性与量子力学和纳米尺度的本质联系却是从全新机制予以解释的，而且与我们纳米粉体单分散试验结果符合更好.新能级间隔波动性增加理论，不但解释了久保理论已经解释的纳米材料实验现象, 还可以解释更多不同种类的纳米材料的实验现象.特别是纳米材料表观熔点降低和颜色变化等. 而且有意思的是，我们新的理论更符合量子力学波动性特征，只是与经典量子力学研究尺度相比，尺度放大了。我们指出完美石墨烯常温下稳定尺度有限，诺奖公告预测宏观应用存在不准确问题的研究结论，也来源于这一理论的一个推论。 因为久保理论是一个已经几十年的经典理论,实际在很多年前试验中,我们已经发现总结了新的纳米材料规律,来源于我们自己的实验,考虑到久保理论在国际纳米材料界的影响力, 为了谨慎起见，为此我们又做了多年试验研究和理论推演,我们有了实验结果后(少部分发表，大部分实验结果未发表),我们关于纳米材料单分散的实验结果是支持我们新理论的纳米材料随着粒径变小而波动曲线变化的观点，因此才在去年正式陆续将理论结果部分发表为系列论文, 其中在美国材料协会MRS2012falling meeting 上交流了部分这方面的理论研究结果, 目前其中一篇会议论文发表在 MRS Proceedings / Volume 1505 /2013, DOI: http://dx.doi.org/10.1557/opl.2013.485 。 在我们国内大力提倡原创性基础和应用研究的今天，有的学生也因此认为国内科研都是模仿或者低水平重复，而对从事科研工作失去信心。我写此文的目的是表明，我们只要沉下心来去研究，我们不但在试验研究，在原创性基础理论研究中也是可以取得进展的，即使经典理论也可以对其有一点点的发展。
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[转载]半导体超微电极 电化学芯片系统新灵感
hanlingeorge 2013-10-24 10:10
在电化学的研究和应用中，由于传质扩散方式的不同，特征尺寸在微米甚至纳米级的超微电极相比于常规尺寸电极具有更快的扩散传质速率、更高的信噪比和更短的响应时间。自上世纪70年代起，超微电极电化学作为一门新兴前沿学科得到了快速的发展。超微电极被广泛应用于微量痕量检测、电极反应过程动力学研究、生物模拟与分析等领域，借助电化学方法对微观世界的探索研究也越来越受到人们的关注。基于超微电极发展高集成度，高灵敏性，高选择性的电化学传感器，甚至制备能够完成较为复杂功能的电化学芯片系统（On-Chip System），具有非常重要的理论和应用意义。 另一方面，以半导体材料电极进行电化学研究是一个高度学科交叉的领域，它既涉及物理学中的能带理论、电荷传输机制，又包括电极学、光化学、表面化学、催化等化学概念。与常规金属电极相比，半导体电极特殊的能带结构和灵活可控的电荷密度使其在光电化学领域得到广泛应用；而在不加光的条件下对其电化学行为的研究有助于获得诸如半导体能带结构、载流子浓度、平带电压等很多有用信息。如何将超微电极高传质速率的优势与半导体的电学特性相结合，是一个全新的研究课题；而制备形貌尺寸可控的半导体超微电极，尤其是纳米尺度的电极，是其中的难点。 最近，中国科学院化学研究所的胡文平研究组与国家纳米科学中心的技术人员合作， 发展了一种原位制备片上半导体超微电极及其阵列的方法 。研究人员利用聚焦离子束刻蚀技术（Focused ion beam lithography，FIB），实现了在Si/SiO 2 基片上一步获得形貌尺寸精确可控的嵌入式 n -Si超微电极阵列。这种新型的电极模型由于半导体材料特殊的电学性质（n型半导体更易给出电子，发生还原反应）以及超微电极高传质速率（三维扩散模式）的特点，表现出特殊的电化学行为，包括不对称的还原和氧化反应过程，电流密度的电极尺寸效应，稳定而高信噪比的电分析信号等等。此外，研究人员还细致研究了阵列中个体电极的尺寸及间距对电化学行为的影响，强调了保持个体电极扩散场独立的必要性。上述实验结果不仅有助于扩展超微电极电化学理论体系，而且可以结合目前电化学芯片技术（如微流控技术），对发展新型高信噪比和选择性的片上电化学分析系统提供指导意义。
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[转载]表面异相结可显著提高半导体光催化分解水活性
hanlingeorge 2013-10-18 15:28
光催化完全分解水是利用催化剂吸收光产生的电子和空穴将水分解为化学计量比为2:1的氢气与氧气。光生电子和空穴的高效分离与迁移是提高此反应效率的关键因素之一，许多光催化剂虽然具备了分解水的基本热力学条件，但是由于光生电子和空穴的分离效率很低，光催化分解水反应的活性很低。 在前期工作中，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士领导的研究团队曾在国际上率先提出了异相结的概念，并经过大量的工作表明形成表面异相结是提高半导体光催化剂中光生电子与空穴分离效率的一个有效策略。2008年，通过对TiO 2 的研究发现了当TiO 2 的锐钛矿与金红石形成异相结的时候，可以大幅提高光催化产氢的活性（ Angew. Chem. Int. Ed., 120: 1766-1769 2008 ）。通过调变P25（TiO 2 商品名）异相结组成，还可以进一步提高光催化剂的产氢活性（ J. Catal., 278, 329-335, 2011 ）。 在前期工作基础上，李灿院士研究团队目前在光催化完全分解水研究方面又取得最新进展，发现在以Ga 2 O 3 为基础的半导体催化剂中，当其表面形成alpha相与beta相的相结时，可使得光催化分解水的活性大幅提高。时间分辨光谱和电化学研究揭示这种表面异相结可以有效地促进光生电子与空穴的分离。相关结果以研究通讯的形式近期发表在《德国应用化学》杂志上（ Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201207554 ），并被评为当期“Hot Paper”。 由于多晶相现象是半导体材料中一种较常见的现象，因此通过构建异相结提高光生电子与空穴的分离效率可以成为一种普适的策略，为发展基于半导体的高效光催化剂提供了新的思路。
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中国科学院半导体研究所应用光电系统研究组诚聘博士后
talentblog 2013-10-18 15:28
中国科学院半导体研究所应用光电系统研究组诚聘博士后1名，开展以下研究工作： 无线光通信方向 （973、863、自然科学基金等课题支撑） 研究内容： 1.高速无线光通信数字调制解调、检测算法、信道编码等； 2.系统实现； 3.相关拓展方向研究。 方向描述： 将半导体照明和通信系统有机结合将开辟一个全新的应用领域。半导体照明通信将通信与照明结合在一起，以更低的能耗和更低的成本，提供照明及具有安全性、可靠性的宽带数据接入，符合“节能减排”的要求。半导体照明通信有望在飞机、医院内等射频敏感区域、信息安全应用领域得到大规模应用，并逐步拓展到汽车工业、交通信息管理、办公室照明和互连网接入、数字家庭等多个方面。其市场前景非常广阔。 研究组从2008年开始本方向的研究，国内外首次开发出第一套基于LED可接入互联网的无线光学通信系统。2010年，研究组研制的样机在世博会航空馆和沪上.生态家馆展示并得等到多家媒体报道。研究组目前致力于无线光学通信速率的提高。 合作导师： 刘育梁研究员。 职位要求： 1.通信等相关专业应届博士毕业生或已取得博士学位者； 2.具有数字调制解调、编码等数字通信工作经验； 3.具有多载波调制技术研究经验者优先； 4.具有FPGA等数字通信算法实现经验者优先； 5.发表过高水平学术论文，具有较高科研素质。 待遇： 工资待遇按照中科院及半导体所相关规定执行，绩效津贴按照工作表现发放，优秀者可优先考虑留所工作。博士后按规定提供周转住房。其他待遇可以面议。 相关链接： 半导体所申请博士后办法： http://www.semi.cas.cn/yjsjy/bshldz/200807/t20080703_2286622.html 实验室简介： http://lab.semi.ac.cn/gdxt/index.html 相关工作的前期报道： http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2010/5/232356.html 有意者请将个人简历(包括个人情况、教育和工作经历、代表性论著等)及能体现个人能力的相关资料email至 jyduan@sina.com
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[转载]中国首批碳化硅半导体外延晶片投产 F22广泛使用
sdzjh870 2013-9-24 09:21
中国首批碳化硅半导体外延晶片投产 F22广泛使用 2012年04月19日 09:21 来源： 中国质量报 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。碳化硅单晶系第三代高温宽带隙半导体材料。（资料图） 日前，国内首批产业化3英寸和4英寸碳化硅半导体外延晶片在位于 厦门 火炬高新区的瀚天泰成电子科技（厦门）有限公司投产，并已接到第一笔商业订单，填补了国内该领域空白。 瀚天泰成负责人表示，将通过碳化硅产业化项目，确立厦门在国内碳化硅半导体领域的领先地位。他们计划在厦门推动建设一个产学研结合的中国碳化硅研究院，打造一个第三代半导体产业平台，设立一只第三代半导体产业投资基金，进一步吸引和发展碳化硅产业的上、下游企业，将厦门建设成为第三代半导体碳化硅研发、生产和销售基地，使之成为海西经济的科技高地和中国的“碳化硅谷”。据介绍，2013年瀚天泰成还计划试生产6英寸规格的碳化硅外延晶片；到2016年，将实现年产碳化硅外延晶片2万片，产值有望达到4.2亿元。 碳化硅是当前国际上最先进的第三代新型半导体材料，国内目前主要处于研发阶段。与传统硅器件相比，碳化硅电力芯片减少能耗75%，大幅降低各项设备系统的整体成本并提高系统可靠性。碳化硅可广泛应用于国民经济的各个领域，如光伏发电、风力发电、高效电动机、混合和纯电动 汽车 、高速列车、智能电网等。此外，美国在F-22战斗机等多种先进武器中也广泛使用碳化硅半导体。 碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高频率器件,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。(资料图) 美国在碳化硅晶片技术上遥遥领先，广泛应用于F-22等先进武器。（资料图 碳化硅晶片有大功率、抗辐射的优势，在机载设备的零件方面有得天独厚的优势。（资料图） 美军F-35战斗机配备的EOTS光电探测瞄准装置（资料图）
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《硅火燎原》-20-几个简单自旋器件
热度 4 tianrong1945 2013-9-5 08:44
20.几种简单自旋器件 利用电子的自旋特征来制造速度快、耗能少、体积小、记忆长的电子器件，这是自旋电子学的目标。实际上，在前面的章节中介绍过的用 GMR或TMR原理的硬盘读出磁头，以及上一节的STT-MRAM，都是这类利用了电子自旋特征的磁电子器件。这些磁电子器件中的关键部分是磁隧道结（MTJ）。 下面再简介几种自旋半导体器件。 1）自旋过滤器 利用第 18节中所介绍的半金属的特性，理论上很容易就想到，可以用它来做成电子自旋的过滤器。就像农民用来筛选种子的筛子一样，自旋过滤器只让某种自旋方向的电子通过。 图 20.1：利用半金属的自旋滤波器 图 20.1显示一种利用半金属的自旋滤波器。它由一片半金属的薄膜层夹在两片普通金属薄膜层之间而构成。我们可以从这三片不同材料的不同能带结构来解释它的工作原理。 从图 20.1b中三层材料的能带图可以看出：在费米能级附近，两端的非磁性金属对上自旋电子和下自旋电子没有区别。因此，当非极化的电子流穿过左边的金属层后，有相同数目的上自旋电子和下自旋电子进入到中间的半金属薄膜中。但是，从半金属的电子能带结构的观点看，这种材料对（上）自旋电子来说是金属，对（下）自旋的电子来说却是绝缘体。因此，中间层只能允许上自旋电子通过，下自旋电子则被反射回去。所以，在右边的非磁性金属的电流中，只有上自旋的电子，最后，我们便得到了百分之百极化的上自旋电流。 2）自旋场效应管 图 20.2：自旋场效应管与传统场效应管之比较 图 20.2对自旋场效应管与传统场效应管作了一个简单的比较。图a是传统FET用作开关的简单原理示意图。这种晶体管利用栅极势垒的‘有’或‘无’，来控制从源极到漏极的电流（电子），实现对电流的‘关’和‘开’的作用。当栅极部分存在一个势垒时，电子很难通过，FET处于关闭的状态；而当栅极部分势垒消失的时候，电流容易通过，电路开启。这两种状态（关、开）分别对应于图a中的上图和下图。因此，传统FET的开关速度和耗能多少由栅极建立（和消灭）势垒的速度及所需功耗所决定 【 1】 。 栅极的控制势垒如果太低太窄，就会加大漏电流而使得开关状态不易区分。要形成可靠的、一定高度和宽度的势垒，则需要较大的能量。并且，势垒的建立和消失都需要时间，反复地建立和消失更会影响晶体管开关的速度。图 20.2b中使用的自旋FET则利用不同的原理。自旋FET的栅极势垒曲线是固定的，只是因电子自旋方向的不同而一分为二：对上自旋电子，势垒总是存在（图中的虚线）；对下自旋电子，势垒总是为0（实线）。换言之，这种FET阻止上自旋电子，只能让下自旋电子通过。因为它的势垒固定，不需要花费能量和时间来加以改变。栅极的控制作用则通过翻转入射电流中电子的自旋方向来实现。比较起建立电场势垒来说，这种翻转只需要很少的能量并且速度快得多。 3）Datta-Das自旋场效应管 第一个自旋 FET的构想是1990年由Datta和A.Das提出来的 【 2】 。其基本结构及原理见图20.3。两边的铁磁电极（S和D）取相同的、固定的极化方向，中间是由半导体掺杂异质结形成的二维电子气通道（红色）。图20.3b说明Datta-Das FET的工作原理：电子从源极注入，其自旋极化方向与两边磁性金属的极化方向一致。然后，控制栅极的电场大小可以使沟道中的极化电子自旋取向发生进动和翻转。 图 20.3：Datta-Das自旋场效应管（a）结构（b）原理 图 20.3b中上面一条所显示的是FET处于‘开通’状态时的情形。这时栅极电压被调节到不影响电子的运动。电子因为极化方向与两边铁磁体磁化方向一致而形成较大的电流，晶体管为‘开启’状态。 图 20.3b中下面一条所显示的是FET处于‘关闭’状态时的情形。这时候，电子自旋的极化方向受栅极电场的影响而产生进动。调节栅极的电场，可刚好使得电子到达漏极时自旋方向翻转而与漏极磁化方向相反。如此一来，电子被漏极阻挡而不能通过，FET成‘关闭’态。 Datta-Das自旋场效应管提出20多年后，2010年底，美国得克萨斯AM大学物理学家杰罗·斯纳夫（Jairo Sinova）领导的一个国际科研小组在《科学》杂志上发表文章 【 3，4】 ，宣布他们研制出了首个能在高温下工作的自旋场效应晶体管。他们将自旋态和异常霍尔效应结合在一起而制成该器件。演示线路中包含了一个与门逻辑设备。 4）自旋激光器 现在正流行三维电视，为了提高 3D图像的分辨率，需要从一个光源发射出两个正交偏振的 激 光。自旋激光器便可以方便地提供这个功能。 图 20.4：自旋激光 图 20.4是一种垂直腔面发射自旋激光器 【 5，6】 （VCSEL）的几何结构及工作特点示意图。 图 a显示了自旋激光器的结构。激光谐振腔由上下一对平行的，高反射率的分布式布拉格反射镜（DBR，图中的黑白条纹区域）形成。激发电子从左右两端注入。两端的两个磁性触点分别用来实现注入电子为‘上自旋’或‘下自旋’。右侧的电压V用以控制上下自旋电子的比例，从而控制整个注入电流的极化率P j 。 这种利用自旋的激光器比较传统激光器而言，有如下三个不同之处： 第一个特点是显然的：其注入的电子流是自旋极化的： P j 不等于0。激发电子的自旋极性，以角动量的形式转移到出射的激光束。因而，一般来说，发出的激光是两个方向极化的圆偏振光的组合，这是自旋激光器的第二个特点。第三个不同之处是关于激光的阀值。传统激光因为未考虑自旋，只有一个阀值，如图20.4b所示，普通激光的光强随电流变化曲线上有一个转折点（阀值，图中为1）。这个转折点将激光器的工作区域分成两部分：当电流小于阀值时为关闭状态，激光强度为0；当电流大于阀值时则有激光发射。 对自旋激光器来说，则有两个独立的电流阀值，分别对应于上自旋流和下自旋流。两个阀值便将工作区间分成了三个部分，界定了三种运行模式：关闭、完全极化、混合极化。例如，图 20.4c所显示的是，当极化率P j 等于0.5时，自旋激光器发射的光强vs电流的曲线。从图中可看出三个不同的区域。有趣的是，在第二个区域，我们得到全偏振光，虽然这种情况时，注入电子并不是百分之百极化的（P j =0.5）。这样，也可以将自旋激光器看作是一种‘极化放大器’。在上述例子中，便是将‘部分极化’放大成了‘完全极化’：0.5-1.0。 除了 3D电视之外，自旋激光器还可用于光通信中，对这种激光器发出的激光，除了传统的调制方法之外，还可以很方便地进行偏振调制（PM）。 参考资料： 【 1 】“ Performance of a spin-based insulated gate field effect transistor”, K.C. Hall and M. E. Flatt′e, Appl. Phys. Lett. 88, 162503 (2006). 【 2 】 Datta, S and B. Das (1990). Electronic analog of the electroopticmodulator. Applied Physics Letters 56: 665 – 667. 【 3 】 Wunderlich, J. et al. “ Spin Hall EffectTransistor ”， Science 24 December 2010:Vol. 330 no. 6012 pp. 1801-1804 【 4 】“ Performance of a spin-based insulated gate field effect transistor”, K.C. Hall and M. E. Flatt′e, Appl. Phys. Lett. 88, 162503 (2006). 【 5 】“ Spintronics stretches its arms to lasers”Jeongsu Lee and Igor Žutić ， 2 October 2012, SPIE Newsroom. DOI:10.1117/2.1201209.004437 http://spie.org/x90592.xml 【 6 】 G. Boéris, J. Lee, K. Vyborny, I. Žutić, Tailoring chirp in spin-lasers,Appl. Phys. Lett. 100, p. 121111, 2012. doi:10.1063/1.3693168 图20.docx 上一篇：自旋转移力矩 系列科普目录 下一篇： 朗道的故事
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关于半导体制造中化学镀镍中的应力消除？
热度 3 shg841100 2013-7-26 23:40
想请教一下各位前辈有没有好的方法，由于应力大导致后续光刻碎片率很高
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