固體微結構物理國家重點實驗室（南京大學）

實驗室的研究方向和目標是研究凝聚態物質中不同尺度層次，不同類型微結構組態、分佈、相互作用及形成和轉變規律, 揭示它們與宏觀物理性質間的內在聯繫，並將理論研究，計算機模擬與當代先進實驗手段相結合，探索、設計和製備各種類型的微結構材料，研究其物理機制和新效應，為發展新型微結構材料奠定基礎。實驗室主要研究方向包括介電體微結構材料和物理，納米結構材料和物理，非平衡條件下物質聚集、組裝和調控的動力學過程，軟凝聚態物質物理學，計算物理與材料設計，固體中強關聯、相變和相關的微結構物理等。

實驗室自建設以來，已承擔或正在承擔的包括國家“973”計劃項目，國家攀登計劃項目，“863”計劃項目，國家自然科學基金的重大、重點和面上項目，省部級科技項目，國際合作與交流項目等共計260餘項；已在國內外核心刊物上發表論文3000餘篇。實驗室鼓勵在國際上影響大的學術期刊上發表具有原始性創新的高水平論文，特別是在黃土地上出高水平論文。實驗室於1994年在《Nature》上首次發表論文，實現了零的突破，隨後又連續在《Science》上發表論文3篇；2000年到2005年又有長足進步，在《Phys. Rev. Lett.》期刊上發表論文37篇。實驗室共獲得國家級獎11項，省、部級獎48項，出版學術專著53部，獲發明專利17項，其中美國授權專利1項。

“介電體超晶格研究”是實驗室近年來取得突出成果的課題，逐步建立了介電體超晶格的理論體系，在實驗上揭示了良好的應用前景，在國內外的學術影響也隨之逐步提高。特別是非線性光子晶體中全新光子雙穩機制的提出，准周期光學超晶格中耦合參量過程的發現和離子型聲子晶體長波光學性質的研究等一系列創新性成果在《Science》等國際重要學術期刊上發表，在國內外引起重要反響。目前，對於介電體超晶格及其微結構的研究不僅在基礎研究方面有所突破，而且根據准位相匹配原理設計出來的光學超晶格材料已能實現多基色輸出，為全固態白光激光器的研製奠定了堅實的基礎。

“自旋輸運和巨磁電阻理論”是凝聚態物理學的國際前沿研究課題，在基礎研究和應用前景兩方面都具有重要意義。多年來，該課題通過運用量子統計的格林函數方法，建立了一個適用於任意厚度屬薄層的統一電導公式，實現了半經典和量子理論的聯繫，並首次實現了無可調參數mSXW理論和實驗結果的定量一致。他們還提出了一個雙交換機理和非磁無序相結合的理論模型，對於摻雜錳氧化物在居里溫度附近的金屬—絕緣體轉變和龎磁電阻機理的研究起到了重大推動作用。該方向的研究已經取得了系列創造性成果，獲得2002年度國家自然科學二等獎。

基於半導體量子結構的納電子和光電子集成是21世紀新一代半導體器件的核心，也是現代信息技術的硬體基礎。“有序可控硅量子結構的構築原理與光電子特徵”是該領域研究的國際前沿。該方向的研究以硅、鍺材料作為研究對象，提出了利用異質結界面能縱向限制晶化原理，由包含在多層結構中超薄非晶硅或鍺層的再結晶過程，製備尺寸可控、縱向有序的硅、鍺量子點陣列的新方法。他們在實驗上揭示了鑲嵌型nc-Si/SiNX、nc-Ge/SiNX有序量子結構中由量子尺寸效應導致的光致和電致發光特性，在國際上被認為是實現硅基發光的五種途徑之一。該系列研究獲得了2003年度國家自然科學二等獎。

“新型氧化物磁製冷工質與隧道型磁電阻材料”以錳鈣鈦礦氧化物為主要研究對象，並延伸到納米結構鐵氧體中。該研究課題針對國際上以金屬、合金為室溫磁製冷工質的缺點，另闢蹊徑研究磁性氧化物的磁熵變。他們首先發現了錳鈣鈦礦具有高的磁熵變，而後又系統研究了離子代換、顆粒尺寸對錳鈣鈦礦氧化物的居里溫度、磁熵變以及相關的磁性能與電性能的影響，研究了電荷有序到無序的一級相變導致的巨磁熵變，研究了雙鈣鈦礦、層狀錳鈣鈦礦氧化物的多種優異物理性質，豐富了磁製冷工質的研究範疇，使得錳鈣鈦礦氧化物成為新型的高溫磁製冷工質材料。這些研究結果獲得了2004年度國家自然科學二等獎。

“鐵電薄膜及配套氧化物電極材料的研究”對於硅微電子和光電子器件研究具有重要意義。該研究課題在BLT和SBT的研究中，提出缺陷電荷對鐵電疇壁釘扎和疇壁在電場協助下解脫釘扎相互競爭的物理模型，解釋了薄膜的疲勞特性，為改進其抗疲勞性能提出了新思路，使得製備出的SBT和BLT薄膜性能指標達到了當時報道的最好水平。該課題組還發展了用呈金屬導電性的鈣鈦礦結構氧化物薄膜作為PZT和商業化的Pt鍍層硅襯底之間的過渡層來延長PZT疲勞壽命的界面工程學方法，闡明了其微觀機制，獲得了抗疲勞壽命和保持性能達到存儲器實用水平的PZT系列薄膜。這些系列性研究成果獲得了2005年度國家自然科學二等獎。

此外，實驗室在納米材料和團簇物理，非平衡態物質聚集、軟凝聚態與生物物理，高溫超導和強關聯研究以及計算凝聚態物理和材料設計等方面還湧現出一批高水平的研究工作。

實驗室奉行“圍繞中心、著眼未來、強化共生、促進凝聚”的戰略管理思想，堅持“開放、流動、聯合、競爭”的方針，力爭把實驗室建設成科學研究基地，高級人才培養基地和學術交流的中心，以各種模式推動國內外的學術交流和合作。如90年代初，實驗室聯合了復旦大學應用表面物理、山東大學晶體材料、上海技物所紅外物理、物理所表面物理、半導體所半導體超晶格等5個國家重點實驗室共同發起建立了“凝聚態物理及其相關學科重點實驗室聯合網路系統”，現在已發展到13個成員實驗室，在國內首創了一種新型的多學科、跨系統、交叉綜合的科學研究組織模式。實驗室還通過開放課題，資助國內外優秀青年研究人員來實驗室工作，並與國際上二十多個實驗室保持較為密切的科研合作、學術交流和人員往來。