1月9日,2014年國家科學技術獎勵大會在人民大會堂舉行,國家主席習近平、國務院總理李克強等領導同志出席大會并為獲獎代表頒獎。大會宣布了國家科技進步獎等5個科技類最高榮譽的獎項歸屬。其中,上海技物所局域態(tài)操控的紅外探測機理項目獲2014年度國家自然科學獎二等獎。
由上海技物所陸衛(wèi)研究員、陳效雙研究員、李志鋒研究員、王少偉研究員、沈學礎研究員等合作完成的局域態(tài)操控的紅外探測機理項目,屬于信息科學領域的紅外物理與技術學科。該項研究與國際同行同步進入紅外物理與技術學科發(fā)展新起點:紅外探測重要信息載體(電子和光子)的能態(tài)從傳統(tǒng)的擴展特征向局域特征發(fā)展。其中,激發(fā)態(tài)的局域化和電子的量子散射定量化規(guī)律的實驗觀測和操控研究尤為困難。本項目通過實驗方法突破發(fā)現(xiàn)了電子激發(fā)態(tài)局域化特性及其局域態(tài)的量子散射作用新機理,發(fā)展了可大幅提升光子局域操控效率的組合芯片新方法,相關綜述文章被選為紅外領域代表性論文。
項目首次實驗發(fā)現(xiàn)了在室溫環(huán)境下在單個AlGaAs 量子臺階勢壘上依然存在空間局域態(tài)密度分裂的激發(fā)態(tài),確立了基于局域態(tài)的紅外探測理論中激發(fā)態(tài)應采用準局域態(tài)模型,修正了長期應用的連續(xù)態(tài)模型;進一步發(fā)現(xiàn)這類局域特性激發(fā)態(tài)中電子被量子勢操控的幅度可比國際已有報道結果大3 倍以上;這類局域的電子態(tài)與形成空間局域的光子態(tài),通過近場光電耦合誘導正入射模式下量子阱結構的紅外光電響應,澄清了國際上關于量子躍遷禁戒定則表觀破缺近10年的爭議。該局域態(tài)作為四類準束縛結構中的一類被Handbook of AdvancedElectronic and Photonic Materials and Devices 工具書中綜述文章大段引用;系統(tǒng)性結果形成的綜述論文入選美國SPIE Milestone Series 叢書,成為二十世紀全球紅外領域的104 篇論文之一。
項目發(fā)現(xiàn)了操控電子和光子局域態(tài)的量子限制勢誤差函數(shù)演變規(guī)律及其操控新方法?;诹孔酉拗苿莶倏匾?guī)律,實現(xiàn)了對紅外輻射探測波段的連續(xù)調(diào)諧作用,并將國際上實現(xiàn)的4 波段紅外探測單片集成發(fā)展到了8 波段,研究工作所給出的量子勢表達式被多次拷貝性引用;首次提出和實現(xiàn)了光子微腔組合芯片構筑方法對光子局域特性的三維操控,解決了長期存在的集成分光器光譜串音問題。美國研究組引用為“一種基于濾光片的能夠擁有高分辨率并允許在單片上集成的光譜測量方法"。
項目揭示了紅外探測材料中復合雜質(zhì)及團簇結構誘導奇異量子勢形成的激發(fā)態(tài)電子能態(tài)局域化機理。實現(xiàn)了微納米尺度的局域能態(tài)激光束誘導電流譜方法,提出并實驗驗證了紅外探測器件的局域能態(tài)輔助隧穿誘導暗電流的模型,澄清了半導體材料團簇關聯(lián)效應增強局域態(tài)與擴展態(tài)的耦合進而決定摻雜激活過程的物理本質(zhì),闡明了我國風云氣象衛(wèi)星紅外探測器空間輻照誘導電子局域化效應。相關結果被他人當作判據(jù)來判斷其實驗光譜和局域構型分析的合理性,暗電流模型表達式被多次拷貝性引用,被評價為"為將來的國家空間技術器件的應用提供了基本的依據(jù)"。
項目通過16 年研究,獲2007 年度上海市自然科學一等獎,出版論著1 部。20 篇核心論文被SCI 他引614 次,其中8 篇代表性論文被SCI 他引299 次;授權國家發(fā)明專利27 項。部分成果是紅外領域2006 年度最高成就獎Kenneth J Button 獎中的內(nèi)容,被評價為"紅外凝聚態(tài)物理,特別是紅外半導體物理和光譜學的杰出貢獻"。局域態(tài)新機理的直接應用形成了我國重大專項"核高基"中的甚長波紅外探測器新技術途徑、我國實踐衛(wèi)星載荷立項方案中分光新技術和風云二號B 衛(wèi)星按時出廠發(fā)射評審技術歸零的科學依據(jù)。
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