91儀器信息網(wǎng)訊 2019年8月5-6日，由天津大學(xué)顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心(TICNN)主辦的津京冀納米科學(xué)青年科學(xué)家論壇(NSSC 2019)在天津大學(xué)如期召開。會(huì)議邀請(qǐng)到多名石墨烯、器件相關(guān)領(lǐng)域世界頂尖科學(xué)家與國內(nèi)青年科學(xué)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(guān)電子學(xué)器件的研發(fā)、物理機(jī)制及納米技術(shù)的前沿科學(xué)問題和未來發(fā)展方向。

論壇現(xiàn)場(chǎng)

天津大學(xué)顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心的本次論壇活動(dòng)，得到多位頂尖科學(xué)家參加，包括美國佐治亞理工學(xué)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(xué)院創(chuàng)院院士，被業(yè)界廣泛譽(yù)為“現(xiàn)代半導(dǎo)體封裝之父”的汪正平教授;美國佐治亞理工學(xué)院董事會(huì)教授、石墨烯電子學(xué)的開拓者和奠基人Walter A. de Heer教授等。

天津大學(xué)納米中心執(zhí)行主任馬雷教授主持會(huì)議

美國佐治亞理工學(xué)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(jié)構(gòu)化合物等。鈣鈦礦材料如甲基銨鹵化鉛和全無機(jī)銫鉛鹵化物，生產(chǎn)成本低，制造簡單。

(1)在傳統(tǒng)的順序沉積中，致密的PbI2薄膜可能阻礙MAI溶液在整個(gè)PbI2薄膜上的擴(kuò)散，從而導(dǎo)致鈣鈦礦和TiO2之間界面中未反應(yīng)的PbI2殘留。為解決PbI2殘留問題，汪正平團(tuán)隊(duì)開發(fā)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(wěn)定的CH3NH3(CH3COO)，從而由于體積收縮而在PbI2膜中產(chǎn)生孔隙。加載MAI溶液后，p-PbI2將改善PbI2向鈣鈦礦的轉(zhuǎn)化。

(2)另外，spiro會(huì)引起不穩(wěn)定，也是這種器件結(jié)構(gòu)中最昂貴的材料。研究人員已經(jīng)做出一些努力來開發(fā)新的HTL來代替spiro，它主要分為兩類：合成更新的有機(jī)材料和開發(fā)低成本的無機(jī)材料。然而，復(fù)雜的合成過程可能阻礙有機(jī)材料的大規(guī)模生產(chǎn)。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(yīng)。在這方面，汪正平團(tuán)隊(duì)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(gè)器件的穩(wěn)定性。

天津大學(xué)顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心、美國佐治亞理工學(xué)院董事會(huì)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(guān)鍵領(lǐng)域(速度、能源效率和器件密度)成功替代硅電子技術(shù)。高目標(biāo)的定位向世界上最先進(jìn)的技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，顯然需要很長的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。從一開始，佐治亞理工學(xué)院的石墨烯項(xiàng)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(biāo)，并取得了系列成功。它是唯一符合可行納米電子平臺(tái)最基本要求的石墨烯電子平臺(tái)：它必須基于單晶襯底，并且工藝必須是可擴(kuò)展的。這些條件是超高規(guī)模集成和再現(xiàn)性所必需的，正如過去70年硅電子產(chǎn)品奇跡般的發(fā)展所表明的那樣。

事實(shí)上，外延的缺乏最終導(dǎo)致剝落的納米圖案器件是絕緣體，而外延石墨烯納米結(jié)構(gòu)可以在微米尺度上彈射，即使邊緣在結(jié)晶學(xué)上不完美。報(bào)告中，佐治亞理工學(xué)院Walter A. de Heer團(tuán)隊(duì)，與天津大學(xué)顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心馬雷團(tuán)隊(duì)合作，在SiC的非極性面上的外延石墨烯的發(fā)展，其具有與在碳化硅中蝕刻的溝槽的側(cè)壁上生長的石墨烯納米帶非常類似的邊緣狀態(tài)傳輸特性。電子傳輸由單通道邊緣狀態(tài)支配，平均自由程超過15 m，是石墨烯層的約1000倍。觀察到涉及邊緣態(tài)的異常量子霍爾效應(yīng)。同時(shí)，天津大學(xué)顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心的石墨烯小組，在近期已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(tái)允許相互連接的納米結(jié)構(gòu)按照傳統(tǒng)模式形成一維網(wǎng)絡(luò)。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?shù)奈锢硇再|(zhì)尚未完全了解，但很明顯，這一發(fā)現(xiàn)為非傳統(tǒng)石墨烯納米電子技術(shù)提供了一條獨(dú)特而可行的途徑。

天津大學(xué)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(guān)注。與傳統(tǒng)干涉儀不同，NLI利用光參量放大器進(jìn)行波的分裂和組合。結(jié)果表明，NLIs在許多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)干涉儀。特別地，非線性光學(xué)過程對(duì)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(tǒng)干涉儀無法實(shí)現(xiàn)的，傳統(tǒng)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(zhì)，以及在量子計(jì)量、量子信息和量子態(tài)工程中的應(yīng)用。

奧地利約翰開普勒大學(xué)孫立東副教授

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

差示光譜學(xué)是一種用于探測(cè)表面和界面結(jié)構(gòu)的通用技術(shù)。相比傳統(tǒng)表面分析技術(shù)，這種技術(shù)具有表面敏感、非破壞性、不受真空條件的限制等優(yōu)勢(shì)。因此，這些方法非常適合于各種環(huán)境條件下的地表過程的原位研究。報(bào)告中，孫立東討論了差示光譜學(xué)技術(shù)在監(jiān)測(cè)和精確控制包括金屬團(tuán)簇、有機(jī)薄膜和二維過渡金屬雙鹵代烷在內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。最后，還介紹了熒光顯微鏡作為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有機(jī)薄膜生長的原位探針的新應(yīng)用。

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(cè)量絕對(duì)尺寸時(shí)缺乏準(zhǔn)確性和重復(fù)性、操作參數(shù)設(shè)置的復(fù)雜等限制了其被廣泛采用。然而，由于研究和表征創(chuàng)新納米材料的強(qiáng)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(shù)和雙伺服系統(tǒng)，提高了x-y掃描的精度，保持了尖銳的尖端，針對(duì)非接觸模式的掃描參數(shù)，帕克原子力顯微鏡開發(fā)了自優(yōu)化算法，很大限度地減小了用戶技能變化和用戶對(duì)AFM測(cè)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(cè)量的地形影響，并有助于定量表征納米材料。Sang-Joon Cho在報(bào)告中演示了生物材料的定量納米力學(xué)映射，以及半導(dǎo)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(fā)展開辟了新的途徑，有助于提高效率、降低失效和成本。

復(fù)旦大學(xué)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(yùn)特性，可通過大規(guī)模的合成方法獲得，非常穩(wěn)定，并具有優(yōu)越的門控性能，顯示了數(shù)字和射頻電子的光明前景。報(bào)告中，包文中首先介紹了大規(guī)?？刂坪铣蒑oS2, MoTe2和PtSe2的各種方法，以及為實(shí)際電子應(yīng)用實(shí)現(xiàn)晶片級(jí)，均勻和高質(zhì)量連續(xù)薄膜必須克服的主要障礙。并重點(diǎn)討論了晶圓級(jí)TMD薄膜的兼容器件制造工藝，主要是關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電接觸層和介電層的形成。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(shù)(SPM)在原子尺度上表征表面結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新工作，Bennig和Rohrer于1986年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。該方法為納米技術(shù)的建立奠定了基礎(chǔ)。Kiyoshi Yokogawa介紹了其實(shí)驗(yàn)室利用SPM在表面科學(xué)中的應(yīng)用：1)新碳——利用STM方法在大氣中發(fā)現(xiàn)了由六邊形和五邊形組成的熱處理富勒烯碳五邊形，并發(fā)現(xiàn)了碳的新表面相石墨的環(huán)狀上層結(jié)構(gòu);2)特高壓下金屬表面清潔——通過UHV-STM觀察到Nb的1x1結(jié)構(gòu)，即干凈的表面，只有這樣才能制造出干凈的表面，因?yàn)镹b是非?；钴S的氧或氫的金屬。在清潔表面后，噴射氫氣，觀察氣體對(duì)表面的影響;3) MFM的金屬相——應(yīng)變誘發(fā)的馬氏體是HE形成的原因，但在電鏡下不易識(shí)別，因此使用MFM對(duì)該相進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)雙晶界處形成了馬氏體，從而引起HE。

日本豐田工業(yè)大學(xué)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(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域，因?yàn)樗軌虼罅可a(chǎn)石墨烯以用于廣泛的應(yīng)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(zhàn)。到目前為止，有很多相關(guān)克服挑戰(zhàn)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(jìn)的Hummers方法合成)的退火導(dǎo)致石墨烯，或更精確地恢復(fù)還原的氧化石墨烯(RGO)，具有改善的電性質(zhì)。

南開大學(xué)何明教授

演講題目：High Temperature Superconducting Microwave Devices and Systems

高溫超導(dǎo)器件和系統(tǒng)具有插入損耗低、噪聲低、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的靈敏度和抗干擾性能。它們?cè)跓o線通信、國家安全、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、衛(wèi)星通信等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，高溫超導(dǎo)微波接收機(jī)前端子系統(tǒng)已成功應(yīng)用于深空探測(cè)、衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域。何明介紹了薄層超導(dǎo)薄膜、高溫超導(dǎo)濾波器及其在微波系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展。還分享了高溫超導(dǎo)微波系統(tǒng)的小型化及單芯片集成技術(shù)等。

云南大學(xué)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(jìn)展。然而，對(duì)于屬于其他TMDs的研究卻很少。楊鵬報(bào)告中介紹到，采用化學(xué)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(fā)光(PL)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和范德堡(van der Pauw)等方法對(duì)這些層數(shù)較少的PtS 2進(jìn)行了表征。結(jié)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(jìn)的光電器件中具有潛在的應(yīng)用前景。（實(shí)驗(yàn)過程，得到天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心相關(guān)表征設(shè)備的協(xié)助）

天津大學(xué)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(yù)測(cè)認(rèn)為適當(dāng)摻雜可能會(huì)產(chǎn)生高溫超導(dǎo)相。然而，缺陷/摻雜誘導(dǎo)絕緣子向金屬過渡(IMT)的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。報(bào)告中，孫志祥介紹了利用低溫掃描隧道顯微鏡針對(duì)Sr2IrO4的相關(guān)研究，利用原子分辨表面形貌，識(shí)別出不同類型的內(nèi)在表面缺陷。在隧穿光譜中還觀察到電荷轉(zhuǎn)移行為。同時(shí)，通過比較其他類似化合物的結(jié)果，也討論了IMT的一般機(jī)理。

首都師范大學(xué)王賀

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

王賀于2016年在北京大學(xué)獲得博士學(xué)位，隨后在天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心馬雷教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行博士后工作，2018年加入首都師范大學(xué)。本次報(bào)告內(nèi)容主要介紹了其博士和博士后期間的相關(guān)研究內(nèi)容。外爾半金屬表面誘導(dǎo)超導(dǎo)性為研究拓?fù)涑瑢?dǎo)性提供了一個(gè)很有前途的平臺(tái)，這是目前凝聚態(tài)物理研究的一個(gè)熱點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在TaAs單晶中，鐵磁尖的硬點(diǎn)接觸法可以誘導(dǎo)非常規(guī)的超導(dǎo)性。鐵磁尖誘導(dǎo)超導(dǎo)態(tài)的磁輸運(yùn)測(cè)量顯示出量子振蕩，揭示了點(diǎn)接觸的拓?fù)湫再|(zhì)，并顯示出鐵磁與誘導(dǎo)超導(dǎo)態(tài)的相容性。進(jìn)一步證明顯示，鐵磁尖誘導(dǎo)的超導(dǎo)態(tài)隧穿輸運(yùn)的點(diǎn)接觸譜可以用拓?fù)涑瑢?dǎo)機(jī)制來解釋。考慮到新型超導(dǎo)電性外爾半金屬材料在實(shí)驗(yàn)中難以實(shí)現(xiàn)，研究結(jié)果為通過硬點(diǎn)接觸法將拓?fù)浒虢饘俨牧吓c鐵磁性材料結(jié)合起來研究非常規(guī)超導(dǎo)電性提供了一條新的途徑。

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(jiǎng)學(xué)金，還透露即將面向年輕教授推出Startup Professorship Award。

會(huì)上討論

繼會(huì)議首日13個(gè)精彩報(bào)告后，會(huì)議第二日，接著進(jìn)行了16個(gè)主題報(bào)告，繼續(xù)就石墨烯等二維材料合成、制備以及相關(guān)電子學(xué)器件等納米科學(xué)問題進(jìn)行了進(jìn)一步討論。

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

納米中心參觀花絮一

天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心由天津大學(xué)于2015年10月批準(zhǔn)建立，次年，馬雷教授回國全身心投入到中心的建設(shè)。2018 年 7 月 22 日，TICNN正式全面運(yùn)行。與傳統(tǒng)研究中心不同，天津大學(xué)納米中心在整個(gè)創(chuàng)建過程中，實(shí)現(xiàn)了諸多原創(chuàng)性儀器設(shè)備的搭建，并形成一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。中心目標(biāo)為力求建設(shè)成為世界一流的石墨烯電子學(xué)、團(tuán)簇物理學(xué)和柔性電子學(xué)的國際化研究平臺(tái)。三個(gè)主要研究方向分別為外延石墨烯電子學(xué)，團(tuán)簇物理學(xué)，先進(jìn)功能性碳材料及柔性可穿戴電子學(xué)。

在短短一年時(shí)間里，在馬雷老師的帶領(lǐng)及其團(tuán)隊(duì)的共同努力下，納米中心現(xiàn)已建設(shè)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(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試安裝已經(jīng)進(jìn)入尾聲，在為校內(nèi)外科研同行提供了豐富便捷的公共測(cè)試服務(wù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備儀器與技術(shù)工藝的全面共享。其次，納米中心自主設(shè)計(jì)并建造了 3 套自由團(tuán)簇研究系統(tǒng)用以深入系統(tǒng)地研究自由團(tuán)簇的電子結(jié)構(gòu)、高激發(fā)態(tài)壽命及其內(nèi)殼層的電子結(jié)構(gòu)......

更多關(guān)于“天津大學(xué)天津納米顆粒與納米系統(tǒng)國際研究中心”的建立背景、快速發(fā)展現(xiàn)狀，請(qǐng)點(diǎn)擊以下視頻全面了解：

納米中心參觀花絮二

Coffee Break 

合影留念