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记靳常青团队:他们为材料科学奋力“加压”—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  金长青队记:他们正在为材料科学“压力”而奋斗 - 新闻 - 科学网

  黑色石墨柔软光滑;透明金刚石是地球上已知最坚硬的材料,可以是半导体材料。很难想象这两件事实际上是由碳组成的。

  这是因为钻石是在地球内部的高压高温环境下形成的。许多物质的高压状态与大气压力完全不同。这就是为什么使用高压和高压技术研究和发现新材料非常重要的原因。中科院物理研究所所长金长青告诉记者。

  金长青通过对高压环境下磁电材料的研究,获得2016年度国家自然科学奖二等奖。

  钻石孔做瓷生活

  据金长青介绍,自然界中高压状态无处不在,由于万有引力的作用,内部星体通常处于高压状态,如地心压力为3.65亿大气压。

  要进行高压科学技术研究,设备是一个很大的门槛。为了实现实验所需的性能,实验装置的设计和开发具有高度的技术性。

  今年2月,中国科学院物理研究所一楼实验室,“中国科学报”记者会见了金长青研究小组刚刚组装的2300吨级高压合成装置。原料晶体生长仪。

  这个仪器在概念,设计,处理前后花了大约两年的时间。金长青拍拍自己的宝贝说,实验研究的关键是要设计自己的设备,做出独特的研究。

  20多年来,金长青带领学生和同事们开发了一系列先进的功能材料高压实验系统,如中国第一个高压,温度,强场综合系统。

  凭借这些高压钻石,金长青团队接手了磁性新材料瓷器的发展。

  全方位的三大突破

  由于电子自旋与轨道和电荷的复杂相互作用,导致了许多重要的磁电耦合物理现象。这些材料统称为磁电材料,包括相关的氧化物,金属间化合物和强耦合系统。其中,非常规超导体,稀磁半导体,拓扑绝缘子等是金长青团队的主要方向。

  超导性是指材料在一定温度下电阻降至零的性质,具有广阔的应用前景。室温超导电性的研究一直是国际前沿。金长青研究小组发现并命名了国际上公认的111系铁基超导体系的主要系统之一。

  稀释的磁性半导体被认为是突破摩尔定律的理想方法之一,随着半导体器件越来越小,它们在物理上接近极限并受到量子瓶颈的困扰,传统的半导体只使用电荷特性,稀磁半导体在半导体中掺入少量的自旋以具有电荷和旋转性质,由此大大增加了信息存储和转换功能。

  但材料体系面临着三大难题:旋掺杂难以进行,居里温度升高非常缓慢;只能用薄膜做成,难以做成材料,应用受到限制;只能做P型掺杂材料,很难做到N型掺杂材料。

  将自旋掺杂机制中的电荷分离后,这三个问题已经解决,并且发现了一些在其他材料中很难看到的独特性质。金长青告诉记者。

  拓扑绝缘子也是一种重要的磁电材料,其体为绝缘体,表面导电,具有重要的应用前景。金长青团队探索利用高压条件下的拓扑材料体系,同时也是国内第一个用宏观量子相干材料研究组制成的国际高压拓扑绝缘子。

  他们进一步扩大研究范围,通过高压制备技术,发现和揭示顺磁性和多金属铁磁性磁性衍生的新材料和现象。目前,该研究小组已获得多项磁性功能材料新型高压技术手段和新系统的专利。虽然应用程序还是有一定距离的,但却在不断向目标靠拢。金长青说。

  你坚持的另一种方式

  有了钻石,还需要独特的学术思想才能做出与众不同的研究,这是金长青多年来科研事业坚持的准则。

  中国科学院物理研究所研究小组成员,副研究员邓正表示,对稀磁半导体经典体系的研究已经比较成熟,居里温度上升缓慢。因此,研究小组找到了另外一种方法,并进行了新的设计并获得了新的材料。他告诉“中国科学”记者:现在有些国外的人跟着我们朝着装置方向努力,但是物质系统就是我们发现的。

  金长青对铁基超导体方向的选择也是另一种方式。当铁基超导研究很热时,他的目标是明确的:不是做任何人已经做的事,而是在寻找一个新的系统。

  幸运的是,他们找到了。第二个完成项目的人王银成副教授在“中国科学报”记者采访时说,他们发现的111系统立即引发了国际同行的跟进和扩大。我们首先成长了单晶,与我们单晶的众多国际知名研究小组开展合作研究,在材料发展上保持领先地位。

  在过去的二十年里,我们投入了大量的精力,从高压研究设备的设计和建设入手,瞄准高压技术和功能材料的前沿。我们永远不忘记坚持自己的想法,率先进行高压技术创新。认证,有些方向走在前面。金长青说。

关键词: 自然科学