陳政倩

復(fù)旦大學(xué)應(yīng)用表面物理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是由我國著名物理學(xué)家謝希德先生親自倡導(dǎo)建立的實(shí)驗(yàn)室，于1992年12月底通過國家驗(yàn)收并正式對(duì)外開放，至今已走過三十多年的歷程。

實(shí)驗(yàn)室以表面物理學(xué)的概念、理論和方法為基礎(chǔ)，在凝聚態(tài)物理、光物理、材料科學(xué)、信息科學(xué)的前沿開展基礎(chǔ)研究及中遠(yuǎn)期應(yīng)用研究。圍繞新型半導(dǎo)體、磁性、關(guān)聯(lián)體系、人工超構(gòu)材料和新能源材料等研究領(lǐng)域的重大科學(xué)問題及未來應(yīng)用設(shè)立主要研究方向，應(yīng)對(duì)國家重大需求。

這個(gè)夏日的幾乎每一天，在復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)物理樓里，實(shí)驗(yàn)室張遠(yuǎn)波教授的團(tuán)隊(duì)成員們都在眼前的這臺(tái)設(shè)備前忙碌。它叫做“二維器件真空制備系統(tǒng)”，由張遠(yuǎn)波教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)。系統(tǒng)里是一塊極致的“凈土”。在二維樣品制備過程中，超高真空環(huán)境最大程度地保護(hù)樣品的表面，保證二維材料表面和界面的清潔。這個(gè)超高真空二維器件制備系統(tǒng)的本底真空度好于3×10-10mbar。在這樣的真空度下面，原子厚度的樣品不會(huì)發(fā)生氧化變質(zhì)，從而能夠展現(xiàn)本征的量子物性。

實(shí)驗(yàn)最后得到的樣品名叫“二維黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管”，雖然小到肉眼看不見，但它卻可能在微納、光電器件方面顯示出很大潛力。近年來，二維黑磷吸引了眾多實(shí)驗(yàn)室的關(guān)注。材料雖好，但亦有多個(gè)問題挑戰(zhàn)著全球的科學(xué)家們，例如大尺寸高質(zhì)量二維黑磷的合成難題、環(huán)境穩(wěn)定性差等。

此前，張遠(yuǎn)波團(tuán)隊(duì)和合作者解決了高質(zhì)量黑磷晶體生長(zhǎng)、二維黑磷器件制備等難題，開辟了二維黑磷這一新的研究方向，推動(dòng)了二維材料領(lǐng)域的發(fā)展。相關(guān)論文作為二維黑磷研究的“開山之作”，引發(fā)了包括物理、材料、電子等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)二維黑磷的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。

應(yīng)用表面物理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是凝聚態(tài)物理研究的超級(jí)基地，聚焦研究固態(tài)和液態(tài)材料的宏觀與微觀物理性質(zhì)，是物理學(xué)一級(jí)學(xué)科下屬的核心二級(jí)學(xué)科，以發(fā)現(xiàn)新物態(tài)、探索演生現(xiàn)象、理解重大物理現(xiàn)象的機(jī)理、利用物態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用為根本目標(biāo)。例如，高溫超導(dǎo)、（分?jǐn)?shù)、反常）量子霍爾效應(yīng)、巨磁阻效應(yīng)、準(zhǔn)晶體、拓?fù)湎嗯c拓?fù)湫挛飸B(tài)等等。為何如此重要？是因?yàn)樗S多重要發(fā)現(xiàn)直接推動(dòng)了當(dāng)代信息科學(xué)的飛速發(fā)展。晶體管、集成電路、CCD、巨磁阻存儲(chǔ)等技術(shù)的突破不僅贏得了諾貝爾物理獎(jiǎng)的殊榮，還直接促成了快速計(jì)算與高密度存儲(chǔ)的高端芯片的構(gòu)筑，為人類進(jìn)入現(xiàn)代化信息社會(huì)奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。凝聚態(tài)物理對(duì)人類所面臨的能源問題的解決也至關(guān)重要。

故而，實(shí)驗(yàn)室是基礎(chǔ)研究之重鎮(zhèn)，亦是國之重器。

實(shí)驗(yàn)室確定了以下四個(gè)主要研究方向：1、表界面中的非常規(guī)超導(dǎo)與強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理，2、拓?fù)湮锢砼c低維電子體系，3、低維磁性與自旋電子學(xué)，4、受限體系的物態(tài)表征與調(diào)控。它們涵蓋了凝聚態(tài)物理研究的最前沿領(lǐng)域，既有各自需要解決重大前沿科學(xué)問題，又對(duì)標(biāo)國家重大應(yīng)用需求。在基礎(chǔ)研究物理前沿做出有重要國際影響力的原創(chuàng)性成果的同時(shí)，將基礎(chǔ)成果應(yīng)用于信息、能源、生物醫(yī)療、國家安全等國家重大需求領(lǐng)域，旨在打破國外技術(shù)壟斷。

新民晚報(bào)記者打開復(fù)旦應(yīng)用表面物理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)頁，發(fā)現(xiàn)今年這里已產(chǎn)生多項(xiàng)科研成果，比如物理學(xué)系教授吳義政課題組和理論物理與信息科學(xué)交叉中心教授袁喆課題組深度合作，首次清晰揭示磁動(dòng)力學(xué)中自旋角動(dòng)量耗散的微觀過程，闡明軌道激發(fā)在自旋耗散中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，進(jìn)一步精準(zhǔn)解析出鐵的費(fèi)米面不同電子能帶對(duì)磁阻尼的具體貢獻(xiàn)；復(fù)旦物理系張童、中科大封東來團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)王銳課題組、中科院物理所董曉莉課題組合作，利用高分辨率隧道譜學(xué)結(jié)合輸運(yùn)測(cè)量與模型計(jì)算，揭示了超導(dǎo)體磁通釘扎的微觀機(jī)理……

在實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡下，科學(xué)家正忙著厘清原子排列、解析周圍磁場(chǎng)、分析熱力效應(yīng)。短時(shí)間內(nèi)，我們或許無法看出這些與普通人理解的科技發(fā)明如何相關(guān)，可事實(shí)上，這里就是當(dāng)今我們享受到的無數(shù)現(xiàn)代科技成果的源頭。

原標(biāo)題：《實(shí)驗(yàn)室的故事｜這個(gè)夏日，探索新材料的極限》

欄目王蕾圖片來源：新民晚報(bào)記者陶磊

來源：作者：新民晚報(bào)張炯強(qiáng)陶磊

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