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        NSSC 2019召開——頂尖院士專家領銜群議石墨烯/器件納米技術前沿

        儀器信息網 2019/08/07 19:26:23 點擊 847 次
        默克工藝
        [導讀] 8月5-6日,津京冀納米科學青年科學家論壇在天津大學召開。汪正平院士、Walter A. de Heer教授等多名石墨烯、器件領域世界頂尖科學家與國內青年科學家共同探討石墨烯、電子學器件及納米技術的前沿科學。

          儀器信息網訊 2019年8月5-6日,由天津大學顆粒與納米系統國際研究中心(TICNN)主辦的津京冀納米科學青年科學家論壇(NSSC 2019)在天津大學如期召開。會議邀請到多名石墨烯、器件相關領域世界頂尖科學家與國內青年科學家,大家齊聚一堂,不分國界,共同探討石墨烯等二維材料合成、制備以及相關電子學器件的研發、物理機制及納米技術的前沿科學問題和未來發展方向。

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        論壇現場

          天津大學顆粒與納米系統國際研究中心的本次論壇活動,得到多位頂尖科學家參加,包括美國佐治亞理工學院董事教授、美國國家工程院院士、中國工程院外籍院士、香港科學院創院院士,被業界廣泛譽為“現代半導體封裝之父”的汪正平教授;美國佐治亞理工學院董事會教授、石墨烯電子學的開拓者和奠基人Walter A. de Heer教授等。

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        天津大學納米中心執行主任馬雷教授主持會議

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        美國佐治亞理工學院董事教授汪正平

        演講題目:Composition Tuned Hybrid Perovskites: From Materials Engineering & Device Design for Efficient,Stable Perovskite Solar Cells

          鈣鈦礦太陽能電池組成包括鈣鈦礦結構化合物等。鈣鈦礦材料如甲基銨鹵化鉛和全無機銫鉛鹵化物,生產成本低,制造簡單。

          (1)在傳統的順序沉積中,致密的PbI2薄膜可能阻礙MAI溶液在整個PbI2薄膜上的擴散,從而導致鈣鈦礦和TiO2之間界面中未反應的PbI2殘留。為解決PbI2殘留問題,汪正平團隊開發了一種合成多孔PbI2薄膜的新方法。從PbAc2和MAI的前體開始,摩爾比1:2,在加熱條件下釋放熱不穩定的CH3NH3(CH3COO),從而由于體積收縮而在PbI2膜中產生孔隙。加載MAI溶液后,p-PbI2將改善PbI2向鈣鈦礦的轉化。

          (2)另外,spiro會引起不穩定,也是這種器件結構中最昂貴的材料。研究人員已經做出一些努力來開發新的HTL來代替spiro,它主要分為兩類:合成更新的有機材料和開發低成本的無機材料。然而,復雜的合成過程可能阻礙有機材料的大規模生產。另一方面,含有PbS和CuI HTL的PSC存在低效率的問題,并且CuSCN可以與鈣鈦礦反應。在這方面,汪正平團隊提出一種替代的p型材料:NiO。低溫溶液處理的NiOx HTL可以顯著提高整個器件的穩定性。

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        天津大學顆粒與納米系統國際研究中心、美國佐治亞理工學院董事會教授Walter A. de Heer 

        演講題目:Epigraphene for Graphene Based Nanoelectronics

          外延石墨烯,其研究的主要原因是外延石墨烯有望在一些關鍵領域(速度、能源效率和器件密度)成功替代硅電子技術。高目標的定位向世界上最先進的技術提出了挑戰,顯然需要很長的時間才能實現。從一開始,佐治亞理工學院的石墨烯項目(在石墨烯剝離之前的幾年)的開拓性工作就專注于這一目標,并取得了系列成功。它是唯一符合可行納米電子平臺最基本要求的石墨烯電子平臺:它必須基于單晶襯底,并且工藝必須是可擴展的。這些條件是超高規模集成和再現性所必需的,正如過去70年硅電子產品奇跡般的發展所表明的那樣。

          事實上,外延的缺乏最終導致剝落的納米圖案器件是絕緣體,而外延石墨烯納米結構可以在微米尺度上彈射,即使邊緣在結晶學上不完美。報告中,佐治亞理工學院Walter A. de Heer團隊,與天津大學顆粒與納米系統國際研究中心馬雷團隊合作,在SiC的非極性面上的外延石墨烯的發展,其具有與在碳化硅中蝕刻的溝槽的側壁上生長的石墨烯納米帶非常類似的邊緣狀態傳輸特性。電子傳輸由單通道邊緣狀態支配,平均自由程超過15μm,是石墨烯層的約1000倍。觀察到涉及邊緣態的異常量子霍爾效應。同時,天津大學顆粒與納米系統國際研究中心的石墨烯小組,在近期已經實現了從碳化硅晶柱到300微米晶體的全套工藝流程。

          非極性外延石墨烯平臺允許相互連接的納米結構按照傳統模式形成一維網絡。在低溫下,法布里 - 珀羅振蕩明顯,表明在很大距離上的相位相干性可以用于未來互連的相位相干器件。盡管傳輸的物理性質尚未完全了解,但很明顯,這一發現為非傳統石墨烯納米電子技術提供了一條獨特而可行的途徑。

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        天津大學李小英教授

        演講題目:SU(1,1) nonlinear interferometer and its Application

          近年來,一種新型的非線性干涉儀(NLI)引起了人們的廣泛關注。與傳統干涉儀不同,NLI利用光參量放大器進行波的分裂和組合。結果表明,NLIs在許多方面都優于傳統干涉儀。特別地,非線性光學過程對波混合的參與允許不同類型的波的相干疊加。這種混合方式是傳統干涉儀無法實現的,傳統干涉儀的相干組合依賴于線性分束器。李小英介紹NLIs在原子自旋波、光波、聲波等各種波中的性質,以及在量子計量、量子信息和量子態工程中的應用。

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        奧地利約翰開普勒大學孫立東副教授

        演講題目:Real Time Monitoring of the Growth of Nano-Structures

          差示光譜學是一種用于探測表面和界面結構的通用技術。相比傳統表面分析技術,這種技術具有表面敏感、非破壞性、不受真空條件的限制等優勢。因此,這些方法非常適合于各種環境條件下的地表過程的原位研究。報告中,孫立東討論了差示光譜學技術在監測和精確控制包括金屬團簇、有機薄膜和二維過渡金屬雙鹵代烷在內的納米結構中的應用。最后,還介紹了熒光顯微鏡作為實時監測有機薄膜生長的原位探針的新應用。

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        韓國帕克原子力顯微鏡副總裁Sang-Joon Cho 

        演講題目:Non-contact AFM with Self-Optimizing and Pinpoint Scan Control for Quantitative Nano-Metrology

          與光鏡、電鏡等顯微鏡相比,原子力顯微鏡(AFM)測量絕對尺寸時缺乏準確性和重復性、操作參數設置的復雜等限制了其被廣泛采用。然而,由于研究和表征創新納米材料的強烈需求,AFM分析的重要性日益增加。非接觸模式AFM,采用前饋算法、Hann函數和雙伺服系統,提高了x-y掃描的精度,保持了尖銳的尖端,針對非接觸模式的掃描參數,帕克原子力顯微鏡開發了自優化算法,很大限度地減小了用戶技能變化和用戶對AFM測量的影響。此外,精確掃描控制可最大限度地減少磁性和電氣測量的地形影響,并有助于定量表征納米材料。Sang-Joon Cho在報告中演示了生物材料的定量納米力學映射,以及半導體和光伏材料的納米電子映射。表明,AFM的定量分析為控制材料各方面的發展開辟了新的途徑,有助于提高效率、降低失效和成本。

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        復旦大學包文中教授

        演講題目:Wafer-Scale Devices and Circuits Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides

          廣泛研究的TMDs材料,如MoS2和WSe2,由于其二維特性和良好的電子輸運特性,可通過大規模的合成方法獲得,非常穩定,并具有優越的門控性能,顯示了數字和射頻電子的光明前景。報告中,包文中首先介紹了大規模控制合成MoS2, MoTe2和PtSe2的各種方法,以及為實際電子應用實現晶片級,均勻和高質量連續薄膜必須克服的主要障礙。并重點討論了晶圓級TMD薄膜的兼容器件制造工藝,主要是關于場效應晶體管的電接觸層和介電層的形成。

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        日本產業技術綜合研究所前副所長Kiyoshi Yokogawa 

        演講題目:Application of SPM for Surface Science

          由于利用掃描探針顯微技術(SPM)在原子尺度上表征表面結構的創新工作,Bennig和Rohrer于1986年獲得諾貝爾物理學獎。該方法為納米技術的建立奠定了基礎。Kiyoshi Yokogawa介紹了其實驗室利用SPM在表面科學中的應用:1)新碳——利用STM方法在大氣中發現了由六邊形和五邊形組成的熱處理富勒烯碳五邊形,并發現了碳的新表面相石墨的環狀上層結構;2)特高壓下金屬表面清潔——通過UHV-STM觀察到Nb的1x1結構,即干凈的表面,只有這樣才能制造出干凈的表面,因為Nb是非常活躍的氧或氫的金屬。在清潔表面后,噴射氫氣,觀察氣體對表面的影響;3) MFM的金屬相——應變誘發的馬氏體是HE形成的原因,但在電鏡下不易識別,因此使用MFM對該相進行觀察,發現雙晶界處形成了馬氏體,從而引起HE。

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        日本豐田工業大學Masamichi Yoshimura教授

        演講題目:Alcohol Assisted Thermal Reduction of Graphene Oxide

          通過還原氧化石墨烯(GO)制備石墨烯是一個快速發展的研究領域,因為它能夠大量生產石墨烯以用于廣泛的應用。然而,由于GO的固有缺陷,利用GO制備原始石墨烯類材料仍然有許多挑戰。到目前為止,有很多相關克服挑戰的研究工作,如在非常高的溫度下退火(約1800攝氏度),或在外部碳源存在下還原等。Masamichi Yoshimura介紹了在醇存在下GO(通過改進的Hummers方法合成)的退火導致石墨烯,或更精確地恢復還原的氧化石墨烯(RGO),具有改善的電性質。

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        南開大學何明教授

        演講題目:High Temperature Superconducting Microwave Devices and Systems

          高溫超導器件和系統具有插入損耗低、噪聲低、選擇性高等優點,具有較高的靈敏度和抗干擾性能。它們在無線通信、國家安全、醫學、材料科學、衛星通信等諸多領域有著廣泛的應用。目前,高溫超導微波接收機前端子系統已成功應用于深空探測、衛星通信、雷達系統等領域。何明介紹了薄層超導薄膜、高溫超導濾波器及其在微波系統中的應用進展。還分享了高溫超導微波系統的小型化及單芯片集成技術等。

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        云南大學楊鵬教授

        演講題目:Few Layered PtS 2 and its Properties

          近年來,MoS2和WS2(Group 6)等層狀過渡金屬二鹵代烴(TMDs)的研究取得了很大的進展。然而,對于屬于其他TMDs的研究卻很少。楊鵬報告中介紹到,采用化學氣相沉積法制備了大面積少層析的pt2(Group 10)。然后分別用原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜(Raman)、極化拉曼光譜(偏振拉曼光譜)、光致發光(PL)、場效應晶體管(FET)和范德堡(van der Pauw)等方法對這些層數較少的PtS 2進行了表征。結果表明,pt2具有很高的載流子遷移率和溫度依賴性拉曼光譜,在先進的光電器件中具有潛在的應用前景。(實驗過程,得到天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心相關表征設備的協助)

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          天津大學孫志祥副教授

          演講題目:Nanoscale Defect Effects in Sr2IrO4 Probed by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy

          Sr2IrO4作為莫特絕緣體與銅酸鹽的母體化合物具有許多相似之處。有許多預測認為適當摻雜可能會產生高溫超導相。然而,缺陷/摻雜誘導絕緣子向金屬過渡(IMT)的機理還有待進一步研究。報告中,孫志祥介紹了利用低溫掃描隧道顯微鏡針對Sr2IrO4的相關研究,利用原子分辨表面形貌,識別出不同類型的內在表面缺陷。在隧穿光譜中還觀察到電荷轉移行為。同時,通過比較其他類似化合物的結果,也討論了IMT的一般機理。

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        首都師范大學王賀

        演講題目:Ferromagnetic Tip Induced Unconventional Superconductivity in Weyl Semimetal

          王賀于2016年在北京大學獲得博士學位,隨后在天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心馬雷教授團隊進行博士后工作,2018年加入首都師范大學。本次報告內容主要介紹了其博士和博士后期間的相關研究內容。外爾半金屬表面誘導超導性為研究拓撲超導性提供了一個很有前途的平臺,這是目前凝聚態物理研究的一個熱點。通過實驗發現,在TaAs單晶中,鐵磁尖的硬點接觸法可以誘導非常規的超導性。鐵磁尖誘導超導態的磁輸運測量顯示出量子振蕩,揭示了點接觸的拓撲性質,并顯示出鐵磁與誘導超導態的相容性。進一步證明顯示,鐵磁尖誘導的超導態隧穿輸運的點接觸譜可以用拓撲超導機制來解釋。考慮到新型超導電性外爾半金屬材料在實驗中難以實現,研究結果為通過硬點接觸法將拓撲半金屬材料與鐵磁性材料結合起來研究非常規超導電性提供了一條新的途徑。

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        帕克原子力顯微鏡美國分部總裁Keibock Lee 

          Keibock Lee簡單分享了帕克原子力顯微鏡公司“Enable nanoscle advances for the betterment of our world”的愿景,公益基金方面,除了Park AFM Scholarships獎學金,還透露即將面向年輕教授推出Startup Professorship Award。

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        會上討論

          繼會議首日13個精彩報告后,會議第二日,接著進行了16個主題報告,繼續就石墨烯等二維材料合成、制備以及相關電子學器件等納米科學問題進行了進一步討論。

          本次會議,由于正值天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心(以下簡稱:TICNN)全面運行一周年之際。于是,會議間隙,在馬雷老師的講解下,與會者共同參觀了納米中心,切身體會到納米中心一年來的建設成果。

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        納米中心參觀花絮一

          天津納米顆粒與納米系統國際研究中心由天津大學于2015年10月批準建立,次年,馬雷教授回國全身心投入到中心的建設。2018 年 7 月 22 日,TICNN正式全面運行。與傳統研究中心不同,天津大學納米中心在整個創建過程中,實現了諸多原創性儀器設備的搭建,并形成一系列自主知識產權。中心目標為力求建設成為世界一流的石墨烯電子學、團簇物理學和柔性電子學的國際化研究平臺。三個主要研究方向分別為外延石墨烯電子學,團簇物理學,先進功能性碳材料及柔性可穿戴電子學。

          在短短一年時間里,在馬雷老師的帶領及其團隊的共同努力下,納米中心現已建設成為功能日益完善的國際化研究中心,納米中心各類大型實驗設備的調試安裝已經進入尾聲,在為校內外科研同行提供了豐富便捷的公共測試服務的同時,實現了設備儀器與技術工藝的全面共享。其次,納米中心自主設計并建造了 3 套自由團簇研究系統用以深入系統地研究自由團簇的電子結構、高激發態壽命及其內殼層的電子結構......

          更多關于“天津大學天津納米顆粒與納米系統國際研究中心”的建立背景、快速發展現狀,請點擊以下視頻全面了解:

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        納米中心參觀花絮二

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        Coffee Break 

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