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第二节 凝聚态物理

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一、离子与固体相互作用
1980年6月—2004年6月,山东大学王克明、时伯荣,北京师范大学王忠烈等开展粒子与光电材料相互作用的应用基础研究,首次提出“高能重离子低剂量”形成波导区折射率增加型光波导的新模式;提出用激光脉冲沉积法实现KTP晶体的掺Er的新方法;通过探讨重离子在多元靶中的射程分布规律,发展了WS计算方法,首次建立离子束感生硅界面晶化/非晶化的新模型;首次揭示了实验现象与原有的原子碰撞混合模型理论之间的矛盾,建立离子束感生界面反应和原子混合唯象模型。有188篇论文被SCI收录(其中影响因子大于2的有40篇)。2005年获国家自然科学二等奖。
  1980年12月—1990年12月,山东大学王忠烈、王克明、夏曰源等开展载能离子与固体材料相互作用实验与理论研究,系统研究了离子与固体材料相互作用的一些基本规律,创造性地提出新的原子混合模型,并首次提出消除高能离子注入引起二次缺陷的新方法,探讨了重离子在多元靶中的射程分布。1991年获省科技进步一等奖。
  1986年,山东大学雷震寰等研究成功离子束加工声体波石英谐振器,利用离子束刻蚀技术减薄石英芯片,将石英晶体谐振器基频提高到60~300MHz,具有等效电阻小、Q值较高、频谱特性较好、频率温度特性正常等特点。
  1990年1月—1993年8月,聊城师范学院孙金祚、王传奎、王继锁等开展一维无公度系统电子态性质的研究。通过研究S-E模型电子态的标度性质,发现扩展态、中间态、弱局域态的新规律;首次提出中间态概念及其判断方法,Audry模型金属—绝缘体转变区的新概念;首次利用解析方法给出Audry模型迁移率边,S-E模型整体和局部迁移率边。1994年获省科技进步二等奖。
  1992年1月—1994年12月,山东大学王克明、时伯荣、王忠烈完成倾角离子注入的横向离散和损伤研究。用倾角离子注入法研究多元靶中的横向离散和损伤;建立MeV重离子在固体靶中的平均投影射程计算方法,并进行了试验和理论比较;对Ee+和Yb+在KTP中的反常扩散现象给出定性解释;发现了MeVCu+注入LiNbO3晶体形成的光波导效应。1996年获省科技进步二等奖。
  1995年1月—1999年8月,山东大学王克明、时伯荣、卢霏等开展光电和半导体材料的离子注入及其特性研究。本研究涉及离子注入光电晶体光波导的形成及其机理,注入离子的分布、损伤与折射率分布研究。首次在国际上报道离子注入Nd︰YAG波导的形成,测得其荧光光谱;首次在KTP晶体上实现高浓度掺杂Er的波导激光薄膜;系统探讨了典型光电材料如KTP(LiNbO3)、典型半导体材料Si、Ce的离子注入特性。有34篇论文被SCI收录。2000年获省科技进步二等奖。
  1996年1月—2001年12月,山东大学刘宜华、萧淑琴、梅良模等开展非晶和纳米晶铁基合金的巨磁阻抗效应研究。在国际上首次开展铁基纳米晶材料巨磁阻抗研究;系统探讨新型铁基非晶和纳米晶合金的巨磁阻抗(简称GMR)效应;制备出几种性能优异的铁基纳米晶多元合金;在FeZrB系统中通过掺杂各种过渡族金属元素,得到一种与外加磁场呈线性变化关系的磁阻抗特性;在不同类型的铁基非晶和纳米晶薄膜中系统研究了GMR效应;在夹层膜结构中获得频率更低、灵敏度更高的磁阻抗效应。这一研究为巨磁阻抗效应基础研究做出了贡献,为传感器研究奠定了基础。取得国家发明专利1项,2002年获省自然科学二等奖。
  2000年,山东大学王克明、时伯荣、王忠烈等开展离子注入光波导和缺陷研究。通过系统研究离子注入光电晶体射程和损伤分布、光波导和二次缺陷消除,开辟了国内离子注入光电晶体光波导研究新领域,在国际上占有重要地位。
  2003年,山东大学夏曰源等采用分子动力学模拟并结合量子力学第一性原理计算方法取得的重要成果,证实椅型单壁碳纳米管能在开口处捕捉C2自组装生长,C2碰撞碳纳米管壁可以形成Stone-Wales键转动缺陷;给出了富勒烯碰撞聚合反应过程和其裂解反应过程;给出了氢同位素在碳纳米管内高密度储存的反应理论和方法。
  二、电介质物理
1984年6月—1990年6月,山东大学钟维烈、张沛霖、赵焕绥等开展铁电体的相变研究,系统探讨了铁电体LNN、SBN和KNSBND的相变,不但查明其铁电—顺电相变的级别、弥散特征和相变前后的晶体结构,而且首次探测到这些晶体的低温铁电—铁电相变。研究中发现了一种反常的热释电响应,从理论上给出解释,并由此发展出研究铁电—铁电相变的新方法。本项目关于反常热释电响应的研究为国际上首次报道,受到国内外学者的好评。1991年获省科技进步二等奖。
  1986年9月—1993年12月,山东大学刘宜华、马小丁、梅良模等开展磁性多层膜的界面特性和层间耦合研究。以晶态材料为磁性层的多层膜,首次发现饱和磁化强度随非磁性层厚度的改变而出现震荡变化的特性,提出“磁性死层”的概念及其形成规律和作用,发现了低磁滞和无磁滞效应是二维磁性的重要特征。1994年获省科技进步二等奖。
  1992年1月—1995年6月,山东大学王沛霖、王玉国、曲保东等开展微粉和薄膜的铁电相变和介电性质研究,对铁电微粉和薄膜以及二元型超晶格的铁电相变和介电性质进行理论和实验研究,在尺寸效应和表面效应方面(尤其在铁电微粉方面的研究)有所突破,研究方法有创新;在铁电薄膜方面,发现一种新的一级相变,对铁电薄膜的制备和实验研究有指导意义。有20篇论文被SCI收录。1996年获省科技进步一等奖。
  1992年1月—1996年12月,山东大学王春雷、王玉国、曲保东等开展铁电薄膜和超晶格的理论研究。全面深入地研究铁电薄膜和超晶格的尺寸效应,得出小尺寸下铁电体物理性质的变化、典型铁电体的临界尺寸;建立微观模型与宏观理论参数的联系,实现整体理论的统一协调;创立铁电体超晶格理论,揭示其相变性质。1998年获省科技进步一等奖。
  2000年1月,山东大学晶体材料国家重点实验室王卓、王民,烟台大学秦连杰完成钛酸盐类铁电薄膜的研究。制备的钛酸铋钠基薄膜是适合市场环保需要的新型材料,具有研究和应用开发价值。从薄膜制备到性能测试以及对薄膜的刻蚀进行细致研究,居世界先进水平。2005年获省自然科学三等奖。
  三、磁学与自旋电子学
1988年,山东大学郭贻诚、梅良模、刘宜华等开展非晶态磁性合金的结构与物性研究。率先在Co基非晶合金中观察到铁磁相与非铁磁相共存的现象,并提出非晶磁性合金中铁磁相与非铁磁相共存的新观点;在Co基非晶合金薄膜的研究中,提出薄膜晶化过程的二次型四阶段新模型;研发出各向异性、磁致伸缩趋近于零的CoFeZrB优质软磁材料。
  1994年,山东大学刘宜华、梅良模、张连生等发现磁性多层膜磁矩随中介层Pt层厚度改变而发生振荡的现象,从实验和理论两方面证实是由中介层Pt的正、负极化随Pt层厚度变化引起的;通过铁磁共振实验,在Fe/Pd多层膜上首次发现g因子随中介层厚度改变而振荡的现象。获4项国家发明专利。
  1998年,山东大学梅良模、陈延学、颜世申开展的铁基单晶膜及其复合膜结构的自旋反转过程与控制研究,获得国家自然科学基金重点项目资助。该课题研究了磁各向异性软磁/硬磁复合膜磁化反转的机理:由于软磁膜/硬磁膜界面处发生磁邻近效应,硬磁层对近邻的软磁表层产生钉扎作用,从而使得复合膜的整体反磁化过程呈现硬化特征;在Fe/Mn/Fe单晶外延三明治结构中发现了任意角度的层间耦合现象及其演变规律。
  四、晶体物理
1980年1月—1998年12月,山东大学许东、袁多荣、蒋民华等开展有机盐及络合物型非线性光学材料微观结构与宏观性能的研究。根据非线性光学与技术发展的需要,提出有机盐与金属有机配合物料的新设计思想和新模型,首创性地研制出一系列新型功能晶体,获得一些国际领先的研究结果和国际公认的优秀晶体。1999年获省科技进步一等奖。
  1990年5月—1995年12月,山东大学方奇、袁多荣、许东等开展含硫半有机非线性光学晶体和分子导体的研究。提出发展新型半有机光电功能总体材料设计思想和在有机和无机之间架设桥梁的方案,探索出全新的NLO材料,合成制备国际首例DMLT衍生物型二次NLO晶体β-BMLT-DTO[8,9]、金属—有机配体配合物NLO晶体ATCC、ATCB、ATMC、ATMB,确立新的化学合成方法和晶体生长工艺。1996年获省科技进步二等奖。
  1993年1月—2000年10月,山东大学陈晓、薛庆斌、杨孔章等开展功能性液晶材料有序分子膜的研究。首次揭示手性和光致变色两个系列液晶聚硅氧烷的介晶基元中桥键、长径比等对形成单层与LB膜影响的规律;首次研究手性铁电液晶分子在空气/水界面上的变温相变过程,与体相过程进行了比较和分析;首次分析界面上液晶物质在不同表面压下成核、聚集和融合的过程及机理;首次从理论上分析化合物在空气/水界面上的表面压—面积等温线,得到与分子结构参数和膜中分子排列相关联的理论参数;明确了聚硅氧烷主链对液晶侧链在单层组装中的定向增序作用。2002年获省自然科学二等奖。
  1996年12月—2003年12月,山东大学方奇、蒋民华、刘志强等开展有机非线性光学材料和有机导体的分子工程及晶体工程研究。在三阶NLO领域,将硼(Ⅲ)基团引入双光子化合物的分子设计,合成了系列D-π-A型偶级结构和系列A-π-A型四极结构的全新化合物;在三阶NLO领域,合成了大量吡啶盐类上转换激光染料;在二阶NLO领域,合成了以三嗪环为核心的非偶极非中心对称的系列八极分子;在有机导体领域,丰富了阳离子自由基和阴离子自由基两个系列的有机导体;在有机材料的结构理论方面,提出半有机材料的概念。有72篇论文被SCI和EI收录。2004年获省自然科学一等奖。
  1998年3月—2001年12月,山东大学尹龙卫、李木森、公志光等开展金刚石的形核长大机制及晶体缺陷分析,系统探讨高温高压下Fe-Ni-C是金刚石形核长大机制及杂质、晶体缺陷,得到铁基合金催化剂催化合成金刚石的直接证据,提出金刚石的形核机制;分析了金刚石生长的位错机制及台阶聚并机制;确定了金刚石晶体中包裹体的结构及形成机制,观察并分析了其各种结构缺陷及成因。有21篇论文被SCI收录。2002年获省自然科学二等奖。
  1999年9月,青岛大学滕冰,山东大学王继扬、董胜明等开展三硼酸铋晶体的生长和非线性光学性能研究。首次系统研究BiB306(BIBO)晶体,其所生长的BiB306晶体的尺寸、质量以及用其制作的光学器件的转化效率均超过德国;首次在国内研制成光学质量好的BIBO晶体,所生长晶体尺寸为当时最大;其他测试结果在国际上均为首次报道。2005年获省自然科学三等奖。
  1999年,山东大学晶体材料国家重点实验室、山东中晶光电子公司孟宪林、祝俐、张怀金等开展掺钕钒酸钇单晶生长技术研究。纯钒酸钇(YVO4)单晶主要应用于光通信领域,是制作光波分复用系统中的关键器件。本研究成功开发用于制备YVO4和Nd︰YVO4单晶的先进技术,建成年产4000根晶体的生产线。
  2000年1月—2002年12月,烟台大学秦连杰,山东大学孟宪林、刘均海等开展系列掺钕钒酸盐激光晶体生长、性能及其应用研究。对Nd︰Gd-VO4晶体的生长、晶体学、缺陷、激光等性能进行系统的理论分析和实验研究,发现Nd︰GdVO4单晶有可能在连续激光输出方面兼具Nd︰YAG和Nd︰YVO4二者优点;合成Nd︰GdVO4-Nd︰YVO4混晶,发现其优良的脉冲激光特性;确定了Nd︰GdVO4单晶在固体激光器中的重要地位,开发出一种新型的激光工作物质,扩大了激光材料研究的新领域。有27篇论文被SCI收录。2004年获省自然科学三等奖。