中國科學院固體物理研究所

近年來，固體物理研究所以國家重大需求為目標牽引，面向納米科技與材料物理的學科前沿，

圍繞環境、安全等領域對前沿材料的需求，從事基礎性、前瞻性的研究，加強基礎與應用的銜接，並

嚮應用延伸。主要學科方向為：納米材料與納米結構、計算材料物理、新型功能材料與固體內耗。

固體物理所在人才培養方面取得了可喜成績，引進博士后30多人，為國家培養、輸送了碩士、

博士畢業生780多人，其中博士畢業生350多人，他們當中有6人獲得中國科學院院長獎學金特別獎；5

人獲得中科院劉永齡獎學金一等獎；20多人獲得中國科學院院長獎學金優秀獎和其他冠名獎學金。

固體所擁有國內一流的實驗平台，包括納米材料合成、評價、表徵平台，功能材料結構表徵、

物性測試平台，大規模高性能計算平台，內耗測試平台與MBE生長平台。有一系列特殊材料的製備裝

置和一批用於材料的光學、電學、磁學和熱學等物性測試及固體微結構分析的大型儀器設備，有力地

支持了科研工作的順利進行，在知識創新工程中發揮了重要作用。

建所20多年來，共獲得國家發明獎、中科院自然科學獎、科技進步獎和發明獎、安徽省自然科

學獎和科技進步獎等30餘項，葛庭燧院士獲得國際材料領域最高獎—梅爾獎、何梁何利科學技術獎以

及國際內耗領域終身成就獎。我們已經申請專利64項，其中發明專利40項，已授權發明專利25項；出

版專著11部；發表SCI論文1700多篇，每年SCI論文數排名在全國各科研機構中列第20名左右，1995

－2004年SCI收錄論文累計被引用次數排名居全國研究機構第9位、均篇引用次數居第1位。2002年、

2003年、2004年連續三年論文被引用次數排名進入全國前10名。2003年、2004年連續兩年論文均篇

引用次數排名居全國科研機構第一名。

1982年3月――1986年10月期間所領導

所；長；：葛庭燧

所長助理：王公達

副所長：吳希俊（1985年）

黨委書記：姚民軍（1983－1989年）

1986年10月――1990年12月期間所領導

名譽所長：葛庭燧

副所長；：吳希俊（主持全面工作）、董遠達

黨委書記：姚民軍

黨委副書記：張長琦（1990）

1990年12月――1995年3月期間所領導

名譽所長：葛庭燧

副所長：戚震中（主持全面工作）、張立德

黨委副書記：張長琦（1991－1996年）兼紀委副書記（1993年）

1995年3月――2000年1月期間所領導

名譽所長：葛庭燧

所；長；：張立德

副所長：崔；平

所長助理：單文鈞

黨委副書記：單文鈞兼紀委書記（1996－2002年7月）

2000年1月――2004年9月期間所領導

常務副所長：崔平（2000年1月）

所；長；：崔平（2002－2003年），代理黨委書記

副所長：單文鈞

所長助理：秦勇

黨委副書記：單文鈞兼紀委書記（2002年8月－2003年）

2004年9月――2007年12月期間所領導

常務副所長：蔡偉平（2004年9月）

副所長：王玉琦

所長助理：秦勇

黨委書記：單文鈞兼副所長

2007年1月――2009年8月期間所領導

所長：蔡偉平

副所長：王玉琦

所長助理：秦勇

黨委書記：單文鈞兼副所長

2009年9月――2014年8月期間所領導

所長：蔡偉平

所長：孟國文

副所長兼黨委書記：秦勇

副所長：曾雉

副所長：劉長松

固體物理研究所第六屆學術委員會

主；任：王玉琦、張裕恆

副主任：李廣海、吳玉程

委；員（按姓氏筆畫為序）：方前鋒、田興友、劉長松、孫玉平、

楊昭榮、孟國文、鄒良劍、費廣濤、秦曉英、徐；文、梁長浩、

曾；雉、韓福生、蔡偉平

秘；書：楊昭榮（兼）

研究室簡介

內 耗與固體缺陷研究在國際上享有盛譽，一直活躍在該領域的最前沿，是國內內耗領域的主要研究基地，主持和參與主持了歷屆國內本領域的大型學術會議。研究室研製了薄膜內耗儀、聲頻內耗儀、液態內耗儀、多功能內耗儀，建成了國際一流的頻譜齊全、溫度範圍寬的內耗測量裝置。近年來，內耗研究領域不斷拓展，利用內耗技術並結合其它微觀分析手段和數值計算方法，對功能陶瓷材料、金屬高阻尼材料等中基礎科學問題、液體（簡單金屬、合金）的內部結構和相變過程、高分子熔體和顆粒物質中異常特性進行研究，揭示材料結構與宏觀物理性能之間的內在聯繫，研究成果受到國際上的廣泛關注。發展了薄膜及小尺度試樣的內耗測量方法與技術，並積極探索內耗測量與其它物理量測量相結合的方法與技術。

研究方向

⒈內耗與固體缺陷

晶界內耗研究

納微尺度材料內耗測試技術的研究

內耗技術在快離子導體、鐵電材料、壓電材料等功能陶瓷材料研究中的應用

新型高性能阻尼材料、面向等離子體第一壁材料的研究

內耗技術在工業生產（如BH鋼等）中的應用研究

⒉新型功能膜材料的製備與物性研究

新型超硬薄膜材料的研究

新型電解質材料（氧離子導體、鋰離子導體、質子導體等）的製備與物性研究

人工骨組織工程納米複合支架材料的製備技術研究

⒊液態和軟物質研究

簡單熔體中平移序和取向序參數的定量化

簡單熔體的輸運性質與結構關係的普適性規律研究

複雜熔體中異常結構變化特徵研究

高分子熔體能量耗散規律研究

顆粒物質中孤立波衰減、振動分離、流動與堵塞、微結構與力鏈分佈等研究

研究室簡介

物質計算科學研究室：是經過中國科學院定位的專門致力於物質計算科學研究的實驗室。研究室一直瞄準國際前沿，通過理論和計算相結合的方法，在凝聚態物理理論和材料科學中的一些重大前沿問題上做出了有特色的工作。與國內外同行具有廣泛的合作，參加了多項973項目、基金委重大研究計劃，承擔了多項國家基金以及中科院重大、重點，創新課題。

研究方向

·新型材料的電子結構、磁結構研究

·自旋、電荷、軌道有序問題

·新的動力學模擬方法

·納米顆粒、納米結構、納米陣列體系的理論研究

·非共線的磁結構的理論

·表面和界面的結構和動力學性質

·介觀體系的量子輸運問題

·生物大分子的結構、功能與性質

研究目標

·進行與材料設計有關的電子結構和物性的計算

·模擬和預測材料的動力學性質

·介觀量子輸運理論研究

·揭示新型電子材料的物理規律

·計算方法上進行創新以適應新問題的需要

研究領域

·電子結構研究

·納米量子輸運研究

·強關聯電子體系理論

·動力學模擬

研究室簡介

功能材料研究室主要關注於新型過渡族功能材料的基礎與應用研究，並進行與功能

材料相關的實驗設備與儀器研發。

研究方向--新型功能材料

一.超導材料

新型超導材料探索研究

實用高溫超導材料應用研究

超導/鐵磁及其它功能材料的複合研究；

二。過渡金屬氧化物（TMO）自旋材料

新型高自旋極化率材料探索研究

新型多鐵性材料探索研究

室溫低場磁電阻（熱）材料研究

高自旋極化薄膜及異質結材料研究

TMO中量子有序現象光誘導效應研究

磁性複合材料研究

三. 新型能源材料

新型熱電材料探索研究

新型太陽能電池材料研究

四。新型微波功能材料

新型微波功能材料探索研究

新型微波功能器件研究

五。強磁場下功能材料行為

強磁場下功能材料製備

強磁場下功能材料物性

研究室簡介

我們實驗室是國內最早開展納米材料研究的單位之一，也是“八五”納米材料國家攀登項目的三個主要支撐單位之一，在中國首次研製了一系列大型納米材料合成設備。1995年起，本實驗室被確定為固體物理研究所開放實驗室，瞄準與未來信息、能源及環境產業所需要的先進材料，把發展功能納米材料作為主攻方向，確立以研究功能納米材料及其應用技術為特色，堅持基礎與應用研究並重，為推動納米材料與納米結構的實用化開展研究工作。期間，主持了國家“九五”攀登項目：納米材料科學、中科院“九五”重大項目：人造超原子組裝體系製備及物理。

研究方向

⒈ 異質納米結構的設計、合成與性能調控；

⒉宏光尺度納米結構的可控合成和環境中有毒有害物質痕量探測的應用基礎；

3．智能節能納米材料體系的構築及其應用基礎；

⒋ 納米材料實用化技術及其應用。

研究內容

⒈ 研究宏觀尺度納米結構構築的新原理、新方法，設計特種納米材料與納米結構新體系；

2．納米材料和納米結構的新現象和新規律；納米結構體系的環境敏感性、化學穩定性、熱穩定性及納米空間物理/化學的基本問題；

⒊ 納米結構表面增強喇曼散射的調控的基本要素，表面喇曼增強的機理研究；

4．宏觀尺度納米結構對環境中持久性有毒物質的信號響應和表徵，納米結構表面生物修飾及其與持久性有毒物質的信號響應及敏感性；

5．納米材料在土壤中的遷移動力學及其分佈規律，納米材料對土壤中持久有毒物質和重金屬離子的去毒過程及其作用機制；

6．納米光蓄熱材料和紅外材料及其在智能節能領域中的應用研究；

7．半導體納米材料的光學性能及其在防偽標記中的應用研究；

⒏ 納米結構類光子晶體的研究；

9．異質納米結構增強光電效應；

10．納米結構有序陣列的熱學性能和電輸運性能研究。

預期目標

⒈ ；培養一批高層次從事納米材料與納米結構研究和應用的青年人才，形成一支具有創新能力和國際競爭力的優秀隊伍；

⒉ ；在納米材料和納米結構基礎研究及其環境和能源領域的應用做出國際上有影響的一流成果；

⒊ ；建成一個國內一流和國際上有影響的環境納米材料科學研究平台。

研究方向

以半導體薄膜、熱電、儲能、高阻尼、超輕多孔（泡沫）金屬及單晶等特殊結構及功能材料的設計、製備與應用為主要研究方向。

研究小組

一、半導體功能材料及器件的設計與製備

⒈學術帶頭人：王玉琦（研究員、博士生導師、中國科學院“百人計劃”入選者）

⒉近期主要研究工作進展

⑴寬禁帶半導體材料與稀磁半導體材料的製備與物性研究

通 過對襯底溫度、As/Ga束流比等參數的實驗考察，發現稀磁半導體材料GaMnAs單晶薄膜在約250℃生長時，可得到較高質量的單晶薄膜，其反射式高能電子衍射（RHEED）圖為明顯的（1Í2）再構圖樣。襯底溫度或Mn源溫度過高，都會形成MnAs多晶，不利於GaMnAs單晶的形成。

利用霍爾測試方法對材料載流子濃度、電阻率及載流子遷移率等電性質進行了研究。結果表明，在GaMnAs材料中存在MnGa-MnI反鐵磁耦合作用及Mn雜質引起的局域磁矩，退火處理可使鐵磁性增強。在260℃以下，載流子遷移率隨退火溫度升高而增加，但退火溫度過高，則使載流子濃度下降，這是因為此時Mn離子不再提供載流子，而是形成了MnGa、MnAs等磁性第二相。

通過測量Mn電子由2p到3d躍遷的X射線吸收譜及輸運性質，證明合適的退火處理可提高代位Mn原子的濃度，從而可改善材料的輸運性質。

⑵GaN基整流器件的設計與製作

研究出製備寬禁帶半導體器件所需的等離子體化學氣相沉積系統、高密度等離子體反應離子刻蝕系統、超高真空磁控濺射靶、霍爾型離子源等關鍵裝備，解決了現有設備存在的不足或空缺，為相關材料的製備研究提供了基本保證。

對GaN半導體器件製備工藝進行了系統研究。通過對比實驗和分析，獲得了有關光刻、氮化硅介質膜沉積與刻蝕、金屬化等主要工藝的優化技術參數，這些參數對製備高質量GaN半導體器件具有重要的參考價值。

研究了AlGaN/GaN異質結製備歐姆接觸和肖特接觸的方法。通過不同的等離子體處理、熱處理或腐蝕處理，使金屬膜與GaN歐姆接觸電阻顯著下降，肖特接觸勢壘高度顯著上升，為提高異質結質量奠定了良好的基礎。

探索了AlGaN/GaN異質結材料製作肖特基勢壘二極體的方法。通過理論分析和實驗研究，研製出橫向帶有場板結構的異質結整流器件，該器件主要性能指標達到了很高的水平。

⑶氮化鎵中持續光電導相關的深能級缺陷研究

對分子束外延生長的GaN持續光電導譜進行了研究。通過考察入射光波長、強度及溫度對光生電流衰減的影響，以及對持續光電導譜的分析，發現光生電流衰減不符合擴展指數公式和雙指數公式，而光生電流衰減對剩餘載流子的依賴性則說明點缺陷模型也不適用。因此，作者提出了一個新的模型即擴展缺陷模型，證明分子束外延生長GaN的持續光電導現象與擴展缺陷有關。該模型與實驗結果吻合得很好。

提出了一種測量GaN深能級缺陷光離化截面的方法，利用該方法測量了光離化截面隨溫度和入射光子能量的變化規律，發現引起GaN產生持續光電導現象的擴展缺陷具有類似DX中心的雙穩性質，擴展缺陷電子態與聲子態存在較強的耦合作用。

二、新型熱電材料及儲能技術

⒈學術帶頭人：秦曉英（研究員、博士生導師、中國科學院“百人計劃”入選者）

⒉近期主要研究工作進展

⑴熱電材料研究：對MxTiS2夾層化合物體體系、Mg3Sb2/Mg3Bi2和Zn4Sb3金屬間化合物合金體系，以及Ca3Co4O9、YCoO3氧化物體系等材料的熱電性能進行了探索和研究，取得的主要進展如下：

（a）針對TiS2具有準二維結構的特點，提出將重金屬和稀土元素引入其范德瓦爾斯層，利用其與主體弱耦合的特性，產生原子低頻振動，散射傳熱聲子，從而使其熱導率下降。實驗結果證明，將重金屬Bi和稀土元素Nd、Gd等引入TiS2范德瓦爾斯層后，熱導率大大降低，熱電性能得到顯著提高。

（b）在Zn4Sb3體系的研究中，通過改進位備方法，成功實現了Al、Ga、In等元素原子對Zn原子的替代摻雜。結果表明，適量的Al和Ga元素摻雜，可明顯提高Zn4Sb3體系室溫以上的熱電性能，而Ga和In的替代摻雜則能有效抑制Zn4Sb3的β－α相變。

（c）通過Ca等元素替代YCoO3中的Y，可以明顯提高其熱電性能。

⑵納米材料研究：成功製備出高緻密（相對密度98%）、超細微結構的 NiFe/Al2O3複合材料體系。通過對不同NiFe合金成分和不同合金含量的研究發現，該複合材料體系的韌性隨合金含量的提高而提高，斷裂強度在合金含量為5vol.%時達到最大。最為重要的是，在Al2O3基體中引入鐵磁性的γ-Ni-Fe后，體系呈現鐵磁性，其飽和磁化率隨合金含量的提高線性增大。這種兼有良好機械性能和磁性能的複合材料在未來機械與電子工業領域具有重要的應用價值。

三、高阻尼及金屬多孔材料

⒈學術帶頭人：韓福生（研究員、博士生導師）

⒉近期主要研究工作進展

⑴與CuAlNiMnTi形狀記憶合金馬氏體相變相關的內耗現象：

（a）雙峰現象：通過不完全逆相變法，在CuAlNiMnTi形狀記憶合金熱彈性馬氏體相變中發現了兩個內耗峰。其中低溫內耗峰表現出寬而平緩的性質，對應於相對動力學模量的最小值，峰位與頻率的關係不明顯，當頻率增加約兩個數量級時，該內耗峰僅向高溫移動幾度；高溫內耗峰表現出窄而尖銳的性質，對應於相對動力學模量的拐點，其峰位與頻率無關（如圖1、2所示）。

如果將高溫峰的最大值和相對動力學模量的最小值相對於頻率的對數作圖，則可以看到一個由高溫峰最大值組成的峰形分佈，該分佈對頻率峰的最大值是對稱的（如圖3所示）。在這個頻率譜上，內耗頻率峰與相對動力學模量最小值曲線有良好的對應關係。該頻率峰的半寬度比Debye峰的大，它是一個具有弛豫時間分佈的連續譜。因此，可以認為低溫內耗峰是一個新內耗峰，該內耗峰對時間的依賴性較強，它起因於熱彈性馬氏體相變時相界面粘滯運動所引起的軟模效應。

與頻率譜上的低溫內耗峰的變化趨勢不同，高溫內耗峰的最大值在測量頻率範圍內與頻率成反比，這一結果與Belko和Delorme模型一致。高溫內耗峰通常只出現在非熱彈性合金中，與軟模效應無關，因此歸因於相界面上原子協同式剪切位移所引起的相界面的法向遷移。到目前為止，在熱彈性馬氏體相變的形狀記憶合金中尚未發現過。

（b）反常內耗峰現象：在CuAlNiMnTi形狀記憶合金逆馬氏體相變中發現了反常內耗峰現象，即當測量頻率較低時，在該相變過程中出現了“負”內耗現象。初步分析后認為，該現象緣於馬氏體變體和正、負損耗彈性模量的相互作用。如圖4所示。

⑵超輕型泡沫金屬製備技術：

超輕型泡沫金屬是一種結構-功能一體化材料，其中開孔型超輕型泡沫鋁在催化劑載體、傳熱、吸波及緩衝等領域有廣泛的應用前景。經過多年的研究，中國科學院固體物理研究所在熔體發泡法、滲流法及粉末燒結法等製備工藝的研究方面均取得了一定的進展，並發展了一些新方法和新技術，在國內外享有較高的聲譽。圖6~11是部分多孔金屬的孔形貌特徵。