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微尺度物质电子态、自旋态的控制与应用
项目定义
  本项目属交叉前沿性基础科学,涉及凝聚态物理、理论物理、材料物理与材料化学等学科领域,主要研究量子受限体系的电、磁、光、力等物理特性,实现量子结构中电子态、自旋态的控制,并进一步探索量子器件和量子计算机的工作原理,发展相关的纳米结构的高分辨表征技术与方法。
建设内容和目标
  微电子器件尺度很快将达到量子效应起主导作用的极限线宽(70nm),从而形成微电子器件发展的“瓶颈”。以量子结构、自旋电子、单电子和单分子器件为代表的纳米器件的研发,有可能突破传统微电子器件的极限。量子结构、量子点、单分子、纳米团簇等在信息存储、量子电子学、量子光学等许多领域都有着潜在的、十分重要的应用前景,是未来纳米器件的主流。同时,这些量子结构本身也提供了丰富的物理问题,如量子结构中的Kondo效应、库仑阻塞效应、共振隧穿效应等。
  本项目将发挥我校在微尺度物理与结构研究领域所积累的人才与设备优势,通过学科交叉,侧重研究受限量子结构体系中的新概念、新原理、新效应,以及量子器件、单电子和自旋电子器件中的相关物理问题,进一步探索实现量子计算机的方案与技术路线。
  通过项目建设,可继续保持我校有关国家重点学科(如凝聚态物理和理论物理)在国内的领先地位,并争取在若干研究方向上,如单电子、单分子器件的物理研究、量子计算机的设计与实现等方面达到国际先进水平。
“十五”以来主要建设成绩
  (1)据不完全统计,“十五”以来,本项目已在SCI期刊上发表研究论文300余篇,80%为SCI文章,近一半以上发表在影响因子大于2.0的专业主流期刊上,其中在有重要影响的《Phys. Rev. Lett.》和《J. Am. Chem. Soc》杂志上发表论文7篇。应邀参与两本专著的编写(出版商分别为Springer-Velag和 American Scientific Publishers)。在国际会议上作邀请报告20余次。申请专利10余项。获安徽省自然科学一等奖两项(2002年度、2003年度)、海外华人物理学会授予亚洲成就奖一项(2002年)、获中国测试分析协会CAIA三等奖两项(2002年度)。
  (2)在相关研究方向引进了一批优秀学术带头人,继2001年获得国家自然科学基金委创新团队后,又有一个创新团队通过基金委的评审。在2003年中科院院士增选中,侯建国教授当选为中国科学院院士。已培养博士研究生20余名,硕士研究生5名,其中多名研究生获得国家级和科学院奖励。如孙阳获“全国百篇优秀博士学位论文”奖(2002年度);曾长淦、郑仁奎分别获“中国科学院优秀博士论文奖”(2004年度);卢威获中国科学院院长奖学金(2004年度)等。
  (3)在本项目的支持下,在国家重大研究项目中争取到更多的任务,参加与主持国家973项目7项、863专项1项、国家自然科学基金重点项目4项、中科院创新重大项目等部委项目4项。
  (4)代表性成果有:1)发展了单分子和量子点的能量与空间高分辨表征技术和理论分析方法,研究了富勒烯分子、纳米碳管、金属量子点等体系。“富勒烯单分子笼中金属原子的位置和相关电子态”成果发表在2003年10月31日出版的国际物理学界权威刊物Phys. Rev. Lett.上,审稿人认为:“这项研究工作具有重大意义”,其建立的新技术“有极高的科学价值”;发现并确定二维C60点阵取向结构中不同的超结构;确定了STM图象中硫醇分子链不同基团的贡献;发现了单壁碳纳米管空位缺陷形成能的量子尺寸效应。2)“量子态的调控、纳米结构控制性生长、原理型纳米器件的设计与实现”研究也取得了重要进展。如,发现了无序可以抑制量子效应;提出了多种自旋量子态的调控方法与原理性器件设计,为相关器件的制备提供了充分的理论基础;原理型“抗噪声几何量子计算”研究取得新进展,Phys. Rev. Lett. 审稿人认为,这项研究对量子力学的重要基础理论―“量子混态几何相位”进行了全面研究,首次提供了令人信服的实验证据;实验同时成为“抗噪声几何量子计算”研究不可或缺的物理基础,为几何相位中噪声影响和量子信息处理领域的一个新机制“几何量子计算”的研究作出了重要贡献;实现了基于金属量子点的负微分电阻原理型器件;自组装生长出ZnO/InO 超晶格纳米线。
 
 
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