锌单晶体

Quantum Design公司近期推出了激光浮区法单晶生长系统，该系统传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念，具有更高功率、更均匀的能量分布和更加稳定的性能，其优越的技术性能将助力同行学者和专家的晶体生长工作！浮区法单晶生长技术因其在晶体生长过程中具有无需坩埚、样品腔压力可控、生长状态便于实时观察等诸多优点，目前已被公认为是获取高质量、大尺寸单晶的重要手段之一。激光浮区法单晶生长系统可广泛应用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合端材料（诸如：高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等），以及常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作！跟传统的激光浮区法单晶生长系统相比，Quantum Design公司推出的新一代激光浮区法单晶炉系统具有以下技术优势：■ 功率更高，能量密度更大，加热效率更高■ 采用技术五路激光设计，确保熔区能量分布更加均匀■ 更加科学的激光光斑优化方案，有助于降低晶体生长过程中的热应力■ 采用了特的实时温度集成控制系统新一代激光浮区法单晶炉系统主要技术参数：加热控制激光束 5束激光功率 2KW熔区高温 ～3000℃*测温范围 900℃～3500℃温度稳定性 +/-1℃晶体生长控制大位移距离 150mm*晶体生长大直径 8mm*晶体生长大速度/转速 300mm/hour 100rpm晶体生长监控 高清摄像头晶体生长控制 PC控制其它 占地面积 D140 xW210 x H200 (cm)* 具体取决于材料及实验条件哈尔滨工业大学科学工程专项建设指挥部暨空间基础科学研究中心致力于各种高熔点、易挥发的超导、磁性、铁电、热电等材料的单晶生长实验及相关物性研究，近日，我司再次同院校哈尔滨工业大学合作，顺利完成新一代高功率激光浮区法单晶炉设备采购订单，推动单晶生长工作迈向更高的台阶，我们也将一如既往，秉承精益求精的研发、设计和加工理念，为用户提供优质的技术和服务，助力用户科研事业更上一层楼!RIKEN（CEMS）设计的五束激光发生器原型机实物图 采用新一代激光浮区法单晶炉系统生长出的部分单晶体应用案例： Sr2RuO4 SmB6 Ba2Co2Fe12O22Y3Fe5O12 * 以上单晶图片由 Dr. Y. Kaneko (RIKEN CEMS) 提供

单晶体的最大特点是各向异性，这也意味着无论在制备、使用还是研究单晶体时，都必须知道其取向。例如，在Si半导体集成器件和大规模集成电路的制备中，就需表面为{1 1 1}或{1 0 0}面的基片。此外，在晶体缺陷和相变的研究中，也需要考虑单晶体的位向问题。X射线衍射方法的出现，在无损、准确地解决单晶定向难题的基础上，还能提供晶体内部微观完整性的信息。日本Pulstec公司基于特有的圆形全二维面探测器技术研发推出了新一代X射线单晶定向系统s-Laue。该设备配备六轴样品台，具有功率小（30 KV/1.5 mA）、操作简单、测试效率高（典型测试时间为60秒）等特点。同时，s-Laue提供台式、便携式两种类型设备，即能满足实验室小样品单晶定向需求，还可用于大型零件的现场晶体定向应用。新一代X射线单晶定向系统s-Laue部分用户单位：由于上述突出的特点和明显的优势，s-Laue自推出以来受到科研工作者的广泛关注，目前已有国内外多个客户选择其用于其单晶体的科研工作。部分测试数据展示： 单晶硅测试结果 Al2O3测试结果样机体验：为了便于广大客户全面了解和亲身体验新一代X射线单晶定向系统s-Laue，Quantum Design中国公司引进了s-Laue样机，目前该设备已安装于我公司实验室并调试完毕。即日起，我们欢迎对该设备感兴趣的老师和同学来访，我们在Quantum Design中国样机实验室恭候大家的到来。

傅里叶红外光谱仪测试样品时不可缺少的就是溴化钾光谱纯（碎晶/粉末），而在实验室做红外测样实验高消耗品之一的溴化钾光谱纯，再次恒创立达为各位大咖普及一下关于溴化钾KBr材料的相关知识。 KBr溴化钾人工晶体概念 我国晶体生长有着悠久的历史，早在春秋战国甚至更早的时期，就有煮海为盐、炼制丹药等晶体生长的时间活动，而同时，世界上随着炼金术的兴起与发展，人工晶体生长，特别是人工晶体气相生长在全世界都有发现。 进入二十世纪后，人工晶体生长才有飞跃式的发展，不仅体现在人工晶体生长理论、人工晶体生长技术上，而且，发现了一大批极有价值的新晶体，为科学进步和人类生活水平提高做出了巨大贡献。 人工晶体生长的水平主要表现在技艺和科学两个方面，其中，晶体生长技术在晶体的研究中占有极重要的地位。晶体是在物相转变的情况下形成的。 由于晶体可以从气相、液相和固相中生长，而不同的晶体材料又有不同的生长条件，加上应用对晶体的要求有时十分苛刻，这样就造成了晶体生长方法的多样性以及生长设备和技术的复杂性：从高真空到超高压，从低温到等离子体高温，从精密检测生长参数到微机自动监控生长过程，从高纯原料到超净环境......，晶体生长技术几乎动用了现代实验技术中一切重要手段，并长出了大量支撑现代科学技术发展的高品质晶体。 人工晶体生长，是物质在一定的热力学条件下相变成为晶体的过程。晶体生长多数是控制生长条件，使生长的原料从液态（熔体或溶液）转变为固态，成为单晶体。也有从气体状态生长晶体的方法。目前，已经发展出来诸如水溶液法、提拉法等许多不同的人工晶体生长方法和技术，用于不同性质的晶体的生长。 晶体生长是一个由小到大的过程，在一个合适的介质条件下，晶体生长有三个阶段：首先是介质达到过饱和，过冷却，或者融熔阶段，其次是成核，即晶核形成阶段，最终是晶体生长阶段。晶核是晶体的萌芽状态。下面是四溴化碳中添加红色燃料杂质后形成枝晶的过程。

据2020年6月19日本司动态新闻发布关于KBr溴化钾人工晶体的概念是什么？受到很多大咖的关注。借此要求我司会履行为大咖们续写关于溴化钾相关知识，为大咖们在选择仪器或者仪器耗材时做好准备。 今天恒创小编深入解读一下KBr溴化钾人工晶体生长过程是怎样的呢？ 所谓生长，对于生物体而言，就是一个从小到大，从幼稚到成熟的过程。生物体生长需要养料，需要空气、阳光等环境。同样，对于“晶体的生长”，也是一个晶体从小到大的不断变化的过程，也需要养料（原料）和合适的环境，如生长炉、合适的温度等。 不同的生物体的生存环境、生长发育各不相同，同样，对于晶体而言，不同的晶体有不同的生长过程，需要不同的生长条件，有相应的不同的晶体生长技术和方法，其晶体生长的过程和要求也有所不同。 下面，我们将以提拉法晶体生长为例，介绍晶体生长的过程。 提拉法是一种从熔融原料中生长晶体的方法，在受控条件下，使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法生长晶体的过程大致分为多晶料烧结（含称料、混料、烧料、二次烧结等）、提拉晶体（含化料、下籽晶、放肩、生长等）以及晶体出炉几个步骤。对于上述晶体生长的概念和过程，您可以在后面的页面后找到详细的描述。

近日，中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室在有机分子晶体器件的载流子输运研究中取得重要进展。相比于传统基于无序半导体材料的场效应晶体管中掺杂引起的缺陷钝化(trap-healing)现象，由有序单晶电荷转移界面制备的场效应晶体管整体电导、迁移率高，并具有跨导不依赖于栅压的电学特性，这表明迁移率的提高取决于trap-healing效应，且存在其他影响电学性能的机制。中科院院士、微电子所研究员刘明团队制备了基于p型和n型有机分子构成的单晶电荷转移界面的晶体管器件，探究了电荷转移界面以及栅氧界面电场的相互作用对晶体管工作时载流子及电导分布特性的影响。相较于界面，单晶体内的缺陷态减少3个数量级以上，这意味着更小的散射概率和更高的器件迁移率。研究通过开尔文探针显微镜对表面电势的栅压依赖性表征和二维数值仿真证实，电荷转移界面的内建电场与栅氧界面电场发生有效耦合，提高了载流子体传输比例，减少了界面无序因素对载流子传输的限制作用，大幅提升了器件的跨导。相关研究成果以Surface Doping Induced Mobility Modulation Effect for Transport Enhancement in Organic Single Crystal Transistors为题，发表在Advanced Material上。研究工作得到国家重点研发计划、微电子所微电子器件与集成技术重点实验室开放课题、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技项目的支持。图1.电荷转移晶体管的迁移率调制效应的原理图图2.利用扫描开尔文探针显微镜对电荷转移界面的表面电势的表征分析

日前，中科院高能所多学科中心光学团队基于北京同步辐射装置BSRF和晶体实验室实现了衍射极限水平的波前检测和晶体加工技术。高能同步辐射光源HEPS光束线建设的又一项关键技术取得了突破性进展。大块硅单晶体是硬X射线单色器及谱仪的核心光学元件，而晶体的表面形貌起伏、加工破坏层和晶格应力等诸多因素都会对X射线波前产生严重影响，从而破坏相干性和衍射极限聚焦。对于前几代同步光源，由于光束相干尺寸小，即使是高相干要求的纳米探针或者相干散射束线，也只要求晶体能够挑选出较小的局部范围保持波前即可。而作为衍射极限水平的第四代同步辐射光源，HEPS的相干尺寸较三代光源高出约2个量级，要求全光束范围里获得完美波前，这对晶体的加工能力提出了严峻的挑战，是国际上第四代光源共同面临的技术挑战之一。该团队在X射线晶体实验室已开发的晶体加工工序基础上，通过引入一种新的柔性化学机械抛光方法，实现了全光束口径近厘米范围内超高精度波前保持的晶体加工。同时，该团队还创新性地提出了双刃波前检测的方法，解决了相干性不足、稳定性不足以及入射波前畸变几项关键问题，在第一代同步辐射光源上实现了衍射极限水平的波前检测，为波前保持的晶体加工工艺探索提供了高精度检测手段。2022年7月BSRF专用光期间，该团队在1B3B测试束线上，验证了自研双刃波前检测装置的性能，并利用该装置以日本进口国际前沿水平的“晶格无扰乱”晶体作为参照样品，开展了自研晶体和参照晶体的波前检测对比实验。结果显示，在晶体上50μm横向空间分辨率下，该装置的单次扫描斜率检测精度达到25～50 nrad RMS，波前高度检测精度高达1.5pm RMS；自研晶体波前精度达到60～100 nrad RMS，与参照样品（70～100 nrad RMS）基本处于同一水平，满足HEPS光束线指标要求。团队成员承担PAPS光学系统、HEPS测试束线和光学设计系统等多个项目任务。接下来，团队还将进一步优化实验条件，提升波前检测能力，完善晶体加工工艺。图1 晶体双刃波前检测实验图2双刃法单次扫描波前检测误差25.8nrad 1.5 pm RMS图3 自研柔性化学机械抛光晶体，波前精度61.7nrad 6.0pm RMS图4 日本进口“晶格无扰乱”晶体，波前精度73.2nrad 7.8pm RMS图5 团队现场合影

日前，中科院高能所多学科中心光学团队基于北京同步辐射装置BSRF和晶体实验室实现了衍射极限水平的波前检测和晶体加工技术。高能同步辐射光源HEPS光束线建设的又一项关键技术取得了突破性进展。大块硅单晶体是硬X射线单色器及谱仪的核心光学元件，而晶体的表面形貌起伏、加工破坏层和晶格应力等诸多因素都会对X射线波前产生严重影响，从而破坏相干性和衍射极限聚焦。对于前几代同步光源，由于光束相干尺寸小，即使是高相干要求的纳米探针或者相干散射束线，也只要求晶体能够挑选出较小的局部范围保持波前即可。而作为衍射极限水平的第四代同步辐射光源，HEPS的相干尺寸较三代光源高出约2个量级，要求全光束范围里获得完美波前，这对晶体的加工能力提出了严峻的挑战，是国际上第四代光源共同面临的技术挑战之一。该团队在X射线晶体实验室已开发的晶体加工工序基础上，通过引入一种新的柔性化学机械抛光方法，实现了全光束口径近厘米范围内超高精度波前保持的晶体加工。同时，该团队还创新性地提出了双刃波前检测的方法，解决了相干性不足、稳定性不足以及入射波前畸变几项关键问题，在第一代同步辐射光源上实现了衍射极限水平的波前检测，为波前保持的晶体加工工艺探索提供了高精度检测手段。2022年7月BSRF专用光期间，该团队在1B3B测试束线上，验证了自研双刃波前检测装置的性能，并利用该装置以日本进口国际前沿水平的“晶格无扰乱”晶体作为参照样品，开展了自研晶体和参照晶体的波前检测对比实验。结果显示，在晶体上50μm横向空间分辨率下，该装置的单次扫描斜率检测精度达到25～50 nrad RMS，波前高度检测精度高达1.5pm RMS；自研晶体波前精度达到60～100 nrad RMS，与参照样品（70～100 nrad RMS）基本处于同一水平，满足HEPS光束线指标要求。团队成员承担PAPS光学系统、HEPS测试束线和光学设计系统等多个项目任务。接下来，团队还将进一步优化实验条件，提升波前检测能力，完善晶体加工工艺。图1 晶体双刃波前检测实验图2双刃法单次扫描波前检测误差25.8nrad 1.5 pm RMS图3 自研柔性化学机械抛光晶体，波前精度61.7nrad 6.0pm RMS图4 日本进口“晶格无扰乱”晶体，波前精度73.2nrad 7.8pm RMS图5 团队现场合影

中科院学部成立60多年来，先后选聘产生了1499名中国科学院院士。包括诺贝尔物理学奖获得者杨振宁院士，国家最高科学技术奖获得者吴孟超院士、吴良镛院士等。“科学强国”栏目将持续刊登这些院士的故事，展现他们的人生风采。　　　　人物小档案　　陈创天　　(1937年2月18日—2018年10月31日)　　出生于浙江奉化, 是我国著名的材料学家。长期从事晶体材料的研究，引领和带动了我国非线性光学晶体学科发展。曾任中国科学院福建物质结构研究所副所长，中国科学院理化技术研究所晶体中心主任，1990年当选为第三世界科学院院士，2003年当选为中国科学院院士。　　无论是KBBF、LSBO，还是BBO、LBO，这些被国际市场誉为“中国晶体”的先进材料面世，都离不开一个人，他就是“中国晶体之父”——陈创天院士。　　在他长达半个世纪的科研生涯中，人们看到的是中国非线性光学晶体的发展史。由他带领的研究团队发现、培育出来的多种非线性晶体，在国际上享誉盛名，推动了非线性光学晶体的实用化和商业化，促进了激光技术的发展，奠定了我国非线性光学晶体在国际上的领先地位。　　他就是人工晶体学界的学术泰斗陈创天。　　对于科学研究，陈创天曾直言：“要投身于科学事业，首先就要下定决心，把此生无私地奉献给科学，奉献给祖国，奉献给人民。”　　师从名师，立志科研为国　　1937年2月18日，陈创天出生在浙江省奉化市大桥镇斗门头村的一个知识分子家庭。新中国成立后，为了支援东北建设，陈创天告别就读的奉化中学，随着做会计师的父亲迁至辽宁省沈阳市，1954年，初中毕业后考入重点中学沈阳二中读高中。　　陈创天从小对数学有着特殊的爱好。进入沈阳二中后，最感兴趣的也是数学、物理两门课。陈创天记得物理老师在课上讲“以太”论时，说引力场是一种物质。通过这种物质，物体之间会产生引力。这种理论当时曾引起争论，说是引力场处于真空，不能认为是通过物质相互作用才得以实现。但这种当时颇为新奇的观点恰在陈创天的脑中挥之不去。陈创天琢磨着，两个物体之间的相互作用怎么能不通过中间介质来实现呢?正是这种好奇心，促使陈创天跟物理打上了交道。　　1956年8月，陈创天以优异成绩考入北京大学物理系物理学专业。谈起北大6年的求学经历，陈创天庆幸自己遇到了好老师。上世纪50年代，北京大学物理系集中了一大批名扬海内外的著名学者。这里浓厚的科学研究氛围成为陈创天学习的沃土，也让他更加确定自己的人生追求和科研探索信念，立志成为中国科学事业的栋梁，为中国科学技术赶上国际先进水平而努力奋斗一生。　　1962年，陈创天大学毕业。北大物理系把陈创天推荐给我国著名物理化学家、教育家卢嘉锡院士，前往中国科学院设在福建省福州市的华东物质结构研究所(中国科学院福建物质结构研究所)工作。　　当时的华东物质结构研究所是研究化学的，主要研究微观结构和宏观性能之间的关系。时任所长的卢嘉锡对陈创天说，到这里工作，就要了解化学方面的情况，掌握化学知识。于是，在卢嘉锡的指导下，陈创天又开始了长达3年化学方面的学习，自学了结构化学、量子化学、群表示理论等等，在理论化学方面打下了坚实的基础。1965年，经过慎重考虑，陈创天选择非线性光学材料结构和性能之间的关系作为研究方向，并得到卢嘉锡的支持。　　经历过战乱的颠沛流离，陈创天有着百折不挠的科研精神。这是他在科研工作中最宝贵的精神，为他日后在非线性晶体领域的发明研究奠定了坚实的基础。　　国际领先，发现培育“中国牌”晶体　　当一束单色光通过各种形状的光学玻璃时，除去光的方向会改变外，此束光的颜色是不会发生改变的，这是经典光学，即线性光学理论。但是当一束亮度很高的单色激光，通过一块空间结构没有对称中心的单晶体时，此单色激光在通过晶体后，将会产生两种不同颜色的激光，此种现象就是非线性光学现象，此种晶体就是非线性光学晶体。因此，非线性光学晶体也就是光波的变频器件。一种非线性光学晶体的变频能力，也就是一种颜色的激光转变为另外一种颜色激光的能力，是由该晶体的空间结构所决定的。我国科学家首次在国际上解决了这个问题，并发现了许多种非线性光学晶体，这些晶体具有很强的使一种颜色的激光变成另外一种颜色激光的能力。由此，我国这一领域的研究在国际上处于领先水平。其中，陈创天的身影频频出现。　　1968年，陈创天提出国际上著名的非线性光学效应的阴离子基团理论，被国内外晶体研究领域的科学家接受并成功地用于指导新型非线性光学材料的探索研究。基于他在非线性光学研究的贡献，陈创天被任命为非线性学科材料研究组的组长。　　1980年，陈创天团队宣布研制出领先世界的BBO晶体，被国际同行誉为“中国牌”的晶体。这是中国在光学领域的一项重大突破，也让中国一跃而上成为世界光学领域的领先者。　　这块小小BBO晶体为陈创天和他的科研团队带来多项国内外的科技大奖。然而荣誉背后，陈创天并没有止步于此，在发现和培育出BBO晶体后，他再次带领团队钻进实验室，研究更有价值的晶体。　　功夫不负有心人，1987年，陈创天和他的研究团队发现并生长出第二块“中国牌”非线性光学晶体LBO。与BBO相比，LBO紫外截止波长紫移到150纳米。LBO有适当的硬度和良好的机械加工性能，潮解性能良好，已经能够长出大尺寸、高质量的单晶。消息很快获得国际激光科技界和工业界的认可，新成果在激光工业界得到广泛应用。　　2001年，陈创天带领的研究团队在KBBF单晶生长技术上获得突破，并发明了KBBF晶体棱镜耦合技术，获得中、美、日专利授权，保障了中国在深紫外固体激光方面的国际垄断地位。　　2006年，中科院物理所与理化所合作，在国际上首次成功地建造了真空紫外激光角分辨光电子能谱仪，可同时测定电子的能量和动量。仪器的核心部件就是能产生177.3纳米相干光的KBBF棱镜耦合器件。由于其不可替代的关键作用，在国际市场供不应求。　　2009年2月，国际著名的科学杂志《自然》的记者经过对多国专家走访和行业调研后，发表了一篇题为《中国藏起了这种晶体》的文章，文中感叹：“一个中国实验室成为一种具有重大科学价值的晶体的惟一来源。”而这个实验室就是中科院院士陈创天领导的北京人工晶体研究与发展中心实验室，这个“具有重大科学价值的晶体”就是中国首个对国外实行技术禁运的产品KBBF非线性光学晶体。　　直到2016年，美国先进光学晶体公司才研制出KBBF晶体，打破了中国对该晶体技术的长期封锁。　　陈创天曾说：“当你为世界的科学事业，为祖国的科学事业做出别人做不出的贡献时，你才会有最大的幸福感。我一生中所遇到的最大幸福，就是看到了BBO晶体所产生的最强烈的紫外光，LBO晶体所产生的最耀眼的绿光和KBBF单晶所产生的震撼人心的深紫外相干光。这种幸福感是任何数量的金钱所买不到的。”　　2018年10月31日，82岁的陈创天因病医治无效，在北京逝世。然而他的科学精神，将永远激励着材料领域研究者们不断前行。

浮区法单晶生长技术在晶体生长过程中具有无需坩埚、样品腔压力可控、生长状态便于实时观察等诸多优点，目前已被公认为是获取高质量、大尺寸单晶的重要手段之一。激光浮区法单晶生长系统可广泛用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。Quantum Design中国引进的高性能激光浮区法单晶生长系统，传承了日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念，具有更高功率、更加均匀的能量分布和更加稳定的性能。 图1：RIKEN（CEMS）设计的五束激光发生器原型机实物图2：RIKEN（CEMS）设计的同源五束激光发生器原型机原理图 与传统的激光浮区法单晶生长系统相比，新一代激光浮区法单晶炉系统具有四项技术优势：● 采用技术五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀；（号：JP2015-58640）● 更加科学的激光光斑优化方案，有助于降低晶体生长过程中的热应力；（号：JP2017-136640, JP2017-179573 ）● 采用了特的实时温度集成控制系统。（号：JP2015-78683 ） 采用新一代激光浮区法单晶炉系统生长出的部分单晶体：（图片由 Dr. Y. Kaneko (RIKEN CEMS) 提供）Sr2RuO4Ba2Co2Fe12O22SmB6Y3Fe5O12 新一代激光浮区法单晶炉系统主要技术参数：加热控制激光束源5束同源设计激光功率2KW熔区可实现高温：~3000℃*测温范围900℃~3500℃温度稳定性+/-1℃晶体生长控制晶体生长大设计长度150mm*晶体生长大设计直径8mm*晶体生长大速度/转速200mm/hr 40rpm样品腔真空度/压力10-4torr to 10 bar样品腔气氛O2/Ar/混合气晶体生长监控高清摄像头晶体生长控制PC控制其它占地面积D140 xW210 x H200 (cm)除此之外，Quantum Design还推出了多款光学浮区法单晶炉以满足不同的单晶生长需求。高温光学浮区法单晶炉：采用镀金双面镜以避免四镜加热带来的多温区点、高反射曲面设计，高温度可达2100-2200摄氏度，高效冷却节能设计不需要额外冷却系统，稳定的电源输出保证了灯丝的恒定加热功率。适用于生长高温超导体、介电和磁性材料、金属间化合物、半导体/光子晶体/宝石等。德国SciDre公司的高温高压光学浮区炉：能够提供2200–3000℃以上的生长温度，晶体生长腔可大压力可达300Bar，甚以及10-5mBar的高真空。适用于生长各种超导材料单晶，介电和磁性材料单晶，氧化物及金属间化合物单晶等。Quantum Design中国期望能够给予浮区法晶体生长技术的科研学者更多的支持与帮助！

近日，国内套新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ在天津理工大学晶体研究院顺利完成安装调试。该设备（型号：LFZ-2KW）是由Quantum Design Japan公司传承日本理化研究所(RIKEN,CEMS)的先进设计理念研发的，具有功率高、能量分布均匀和性能稳定等诸多技术优势，将浮区法晶体生长技术推向一个全新的高度！该设备可广泛用于凝聚态物理、化学、半导体、光学等多种学科领域相关单晶材料制备，尤其适合高饱和蒸汽压、高熔点材料及高热导率材料等常规浮区法单晶炉难以胜任的单晶生长工作。与传统的激光浮区法单晶生长系统相比，Quantum Design Japan公司推出的新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ具有以下技术优势：► 功率更高（激光功率2KW）► 采用全新五束激光设计，确保熔区能量分布更加均匀► 更加科学的激光光斑优化方案，可优化晶体生长过程中的温度梯度，进而改善晶体开裂问题► 采用了特的实时温度集成控制系统 天津理工大学功能晶体研究院是在天津理工大学、天津市及同行专家群策群力下成立的，旨在响应创新驱动发展战略，落实“双一 流”建设等重大战略决策，瞄准科技前沿和重大战略需求，同时服务天津区域经济发展而设立。Quantum Design中国非常荣幸将新一代高性能激光浮区法单晶炉安装于该平台，该系统将为用户单位在氧化物光学晶体及各种新材料等诸领域提供相关单晶样品制备支持！ 新一代高性能激光浮区法单晶炉-LFZ外观图系统内部结构实物图 参考信息来源：https://yjt.tjut.edu.cn/yjyjj.htm

p 　　早在2008年，单智伟教授与合作者们就在《自然材料》报道了微纳尺度单晶镍中的“力致退火”现象，即通过对微纳尺度的单晶体施加载荷并使其发生塑性变形， 晶体内部的缺陷密度将大大降低甚至为零，同时材料的强度得到明显提升。由于该发现迥异于人们基于已有知识的判断，即塑性变形通常使晶体内部位错密度升高，因而受到研究人员的广泛关注。随后该现象在多种面心立方晶体中得到了验证。但是，基于模拟计算和一些实验观测，人们普遍认为体心立方金属不会有力致退火现象，原因是体心立方金属的螺位错具有不共面的特性，通常表现出一系列不同于面心立方金属的变形行为。经过对已有工作的仔细梳理和分析，单智伟教授等认为在合适的尺寸范围内，体心立方金属中也应该存在类似的力致退火现象。通过巧妙的实验设计，研究团队以令人信服的证据证实了上述推测，从而推翻了此前人们对于该问题的认知(黄玲等，《自然通讯》，2011)。 /p p 　　尽管力致退火现象的普适性得到了证实，但是其应用前景却得到了质疑，原因是力致退火的过程总是伴随着显著的塑性变形，从而使样品几何发生明显的改变。能否在不改变样品几何的条件下将其内部的缺陷去除呢?在日常生活中，我们知道如果要把一根半埋于土壤中的柱状物直接拔出来是比较困难的，但是如果我们先将其进行多次小幅晃动，则最终可能较轻松地将其拔出地面。受此启发，可以推断，如果对含缺陷的晶体施加一循环载荷，控制好力的幅值，使其足够大，能使缺陷动起来并在镜像力的帮助下逐渐从材料表面湮灭和逃逸，但同时又足够小，不在晶体内产生新的位错，就有可能在不改变样品几何的条件下，使得材料中的缺陷密度大幅降低，甚至到零，也就是实现“力致修复”。如果上述想法得到实现，其在纳米压印等领域就可能得到有效的应用。 /p p 　　基于上述想法，借助于定量的原位 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" target=" _self" title=" " style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 透射电镜 /span /a 纳米力学测试装置，选取亚微米单晶铝为研究对象，研究团队的王章洁博士对其进行了低应变幅的循环加载，发现在几乎不改变材料外观几何的情况下，微纳尺度单晶铝内的缺陷逐渐被驱逐出样品，导致缺陷密度大幅度下降，进而使得材料的强度得到了大幅度的提升。同时发现，可以通过控制应变幅和循环周次等来调控材料内的缺陷密度，进而调控材料的屈服强度。另外，课题组还发现可以通过检查力和位移曲线是否有滞后环以及环的大小来诊断被测材料中是否有可动缺陷以及其数量的多少。这些发现不仅对于理解小尺度材料内的缺陷在循环载荷下的演变规律具有显著的科学意义，并且对于调控对缺陷敏感的功能材料的性能有重要的启发意义和应用前景。 /p p 　　值得注意的是，当块体材料经受循环加载时，通常会引起材料内部缺陷的增殖与聚集，并进而引起裂纹萌生，并在承载应力远小于宏观屈服应力的情况下发生断裂，也就是所谓的疲劳断裂，它也是很多工程构件失效的主要形式。对微纳尺度材料进行循环加载可导致“力致修复”与块体材料中循环加载所导致的疲劳破坏的效应完全相反。这一事实再次表明，作为连接连续介质力学和量子力学的桥梁，微纳尺度材料的结构与行为的内在机理和规律不能通过外推已有的宏观材料的机理和规律来得到，而是具有其独特性，必须通过创新实验方法和思路来加以揭示和解释。 /p p 　　近日，西安交大微纳尺度材料行为研究中心(简称“微纳中心”, http://nano.xjtu.edu.cn)在美国科学院院刊 (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在线发表(http://www.pnas.org/content/early/2015/10/14/1518200112)了他们的最新研究成果，即在不改变样品外观几何的条件下，可以通过小应变循环加载的方式来诊断和调控微纳尺度单晶材料中的缺陷，进而达到调控其力学性能的目的。 该论文的作者包括微纳中心的新讲师王章洁博士、李巨教授、马恩教授、孙军教授和单智伟教授, 约翰霍普金斯大学的博士生李庆杰，清华大学的崔一南博士、柳占立副教授和庄茁教授，美国麻省理工学院道明博士，美国卡耐基梅隆大学的Subra Suresh 教授。马恩教授和李巨教授同时分别为约翰霍普金斯大学和美国麻省理工学院的全职教授，并分别担任微纳中心的海外主任和学术委员会主任。该研究工作得到中国国家自然科学基金、973项目及111项目的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/d5aa1b18-2d88-40a5-a6c7-669b88c9ce82.jpg" title=" 图1.png" width=" 600" height=" 408" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 408px " / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/71dd12f6-2be0-449f-b8db-404d6b6bbdd3.jpg" title=" 图2.png" / /p

我国著名晶体学家、中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员范海福先生因病医治无效，于2022年7月8日14时在北京逝世，享年89岁。范先生真诚质朴，勇于开拓，科研成果独具特色，处于世界领先水平。他是国际上最早提出并成功地将小分子晶体结构分析中的"直接法" 应用于蛋白质晶体结构分析的学者之一。与李方华先生合作在电子显微学研究中引进X射线晶体学方法，创建出高分辨电子显微学中的一种新图像处理技术。将直接法的应用从三维空间拓展到四维以上的空间，使测定晶体的非公度调制结构或组合结构无需依赖于一个假想的模型。今天，我们以《中国科学技术专家传略 理学编—物理学卷4》中的个人传记，纪念和送别这位令人敬重的物理学家。|作者：古元新 郑朝德1早期求学和工作经历范海福1933年生于广东省广州市。父亲原是一位中学教师，后来经商。虽然范海福9岁时父亲就去世，但是父亲给他留下的影响是很深的。小学时。范海福有一次参加学校的重要活动。留影时因站位靠边、靠后，拍出来的照片几乎找不到他的踪影。父亲看后在照片边框上题注："不必居前列，守真不为名；埋头其苦干，昂首迈前程。"父亲对待他人，不论地位高低都一视同仁，并以诚相待，这给范海福留下特别深刻的印象。母亲是一位中、小学教师。她十几岁的时候，因反抗包办婚姻，在一位小学老师的帮助下只身从农村跑到广州。之后，通过半工半读完成了中学学业并考进了大学。母亲使范海福养成了"认理不信邪"的习惯。范海福中学时期就读于广州中山大学附属中学。这所学校有很好的教师、五花八门的学生和比较宽松的环境。老师中对范海福影响较深的有教语文并兼班主任的谭宪昭、教物理的黄杏文和教化学的袁凤文。他们讲课深入浅出、条理清晰，常举一些生动而寓意深刻的例子。他们对学生关怀爱护、诚恳亲切。范海福和谭老师接触更多些。对老师，范海福有时既狂妄又调皮，谭老师总是耐心地引导。范海福对谭老师有过几次无礼的顶撞，终因谭老师的宽容和善意而感到内疚，并打心里对谭老师更加敬重。中学时期，范海福起初只对语文、美术和音乐有兴趣。一位志趣相投的同学是他的好友，那位同学教会范海福吹口琴。不久，他发现范海福的口琴水平超过了自己，于是放下口琴学起了小提琴。范海福又向他求教小提琴。他还是毫无保留地给予帮助。结果，发生在学口琴过程中的事情又重演了。那位同学又放下了小提琴，但丝毫没有影响与范海福的友谊。几十年来，范海福不断地审视自已与同事、同行之间的关系。检香自己在学术上是否能够做到同样的毫无保留。初中二年级时，母亲给范海福买了一本顾钧正编著的《少年化学实验手册》。范海福觉得化学实验好玩，于是在家里搞起一个"实验室"。由于条件所限，不可能完全按照"手册"去做实验，必须找一些代用品和变通办法。这就要求比较彻底地弄清实验的原理并多看几本参考书。为此，范海福跑遍了当时广州市所有他能进得夫的图书馆，从此养成了看课外书和独立思考的习惯。进入高中阶段后，范海福又多了几位喜欢理科的要好同学。他们在课余时间经常一起做无线电和化学实验，探讨课堂内外各种感兴趣的问题。有时也会发生激烈但无伤友谊的争论。争论使他对问题有更深刻的理解，锻炼了思维方法，培养了表述能力。范海福1952～1956年就读于北京大学化学系。他有幸聆听当时国内一流的专家学者讲课。这是范海福打下学业基础、形成思维方法、入门科学研究的关键时期。唐有祺是范海福的晶体学启蒙老师。范海福大学毕业多年后仍得到唐先生许多帮助。大学期间，还有几位老师对范海福以后的科研生涯有重要的影响。傅鹰归国前已是国际知名的胶体化学家。他讲课精辟透彻、风趣幽默。他特别强调学以致用。开学第一课，他就公开期末考试的一道必答题："举一个你亲身经历的例子来说明一条胶体化学的原理"，附带要求："这个例子不能是我在课堂上讲过的，也不能是其他考生举过的。否则你最多只能得3分（5分是满分）"！几句话就让一班学生随时随地注意周围发生的各种自然现象，并试着用刚刚学到的胶体化学原理去加以阐释。这在教学法中堪称一绝。徐光宪为人平易谦和，他在讲课之余还向同学们介绍自己的科研经验，告诫他们，科学研究的路途中会有一些地方"花草很好看"，但是不要因此迷失方向，偏离更重要的目标。周光召是当时给化学系讲课的最年轻老师，也是最受欢迎的老师之一。他讲理论物理的"化学系精简版"。没有现成的教材，来不及写讲义，上课也没有写好的提纲，就手拿一支粉笔，边讲边写。一年下来，用心的同学只要记下关键的话语。抄下黑板上的公式，就成一部好讲义。周先生不仅讲授物理内容，更注重训练思维方法，要求学生对于类似的概念不仅要看到它们的雷同，更要弄清它们的差异。大学三年级时，范海福在大连石油研究所陈绍礼的指导下作科研实习。陈老师是刚从美国归来的青年学者，待人友善诚恳。他的书桌旁有一个许多小抽屉的柜子，里面全是文献卡片。范海福跟陈老师学会了上图书馆查文献，通过对文献资料的分析对比得出自己的推论，然后用实验去检验。大学毕业以后，范海福一直在中国科学院物理研究所（1958年10月以前称为应用物理研究所）工作。2"发明一种新方法，可能比测定十个新结构更重要""发明一种新方法，可能比测定十个新结构更重要" 这是范海福在物理所的导师吴乾章与他第一次见面时说的话。这里说的"方法"，是指晶体结构分析方法。晶体结构分析方法主要有两大类，即以X射线衍射为代表的衍射分析方法和以电子显微术为代表的显微成像方法。电子显微镜的成像过程也可以看作两个相继的电子衍射过程。因此可以说，衍射分析是晶体结构分析的核心。如果入射波在晶体中只被衍射一次，晶体结构同它的衍射效应之间就有互为傅里叶（Fourier）变换的关系。这里说的衍射效应，是指从晶体向不同方向发出的衍射波的振辐和初相位。衍射实验可以记录下衍射波的振辐，但是一直还没有普遍适用的方法来记录由晶体发出的衍射波的相位。因此。要想从行射效应的傅里叶变换解出晶体结构，就必须先设法找回"丢失"了的相位。这就是晶体学中的相位问题，它一直是研究晶体结构分析方法的关键问题。1956年范海福在吴乾章的指导下开展了"光学模拟"的研究。其要点是用光学衍射模拟X射线衍射，以了解物体与衍射图之间的精细关系并从中寻找解决相位问题的途径。这项研究在1957年中止。1959年吴乾章按当时中国科学院杜润生秘书长的指示，重新建立了一个从事单晶体结构分析的研究组。吴先生还请苏联专家И. В. Яворский（约 维 亚沃尔斯基）来指导X射线分析工作，请中国科学院数学所干寿仁来讲概率论基础。他们两人对这个组的成长都起了很重要的作用。范海福从这个研究组建立伊始就对当时还处干发展初期的"直接法"产生兴趣。这种方法是要在一定的约束条件下从一组衍射振幅"直接"推定相应的衍射相位。1965年范海福发表了他最早的两篇直接法论文。第一篇论文提出将直接法与重原子法相结合的思路，后来由此衍生出用直接法处理由赝对称性引发的"相位模糊"（phase ambiguity）问题；第二篇论文提出将直接法与同晶型置换法或异常衍射法相结合的思路，这是直接法进入结构生物学领域的一个发端。这两篇论文得到本所吴乾章、吉林大学余瑞璜、中国科学院副院长吴有训的鼓励和支持。可惜这方面的研究很快就进入了持续十多年的"冬眠"时期。尽管如此，已经发表的论文还是留下了一点历史的印记。国际著名的晶体学直接法专家C. Giacovazzo在其1980年出版的专著中以近3页的篇幅详细地引述了他的这几篇论文。1980年的晶体结构分析方法研究组。左起：古元新、郑朝德、千金子、许章保、范海福、韩福森 、郑启泰3.走出传统领域"文化大革命"期间，国际上的直接法研究得到飞速发展，并逐渐在小分子晶体结构分析领域取得主导地位。它成十倍地提高了解析小分子单晶体结构的能力和效率，有力地推动了结构化学的发展并促成了基于小分子的药物设计的创立。为此，直接法的两位先驱J. Karle 和H. Hauptman于1985年获得诺贝尔化学奖，在庆贺之余，不少人在问：诺贝尔奖之后的直接法研究还能做些什么？1987年第十四届国际晶体学大会期间为庆祝 Karle 和 Hauptman 获得诺贝尔奖，举办了一个学术报告会。主席是直接法先驱之一，英国皇家学会会员M. M. Woolfson。报告人连Hauptman和Karle在内共有5人，范海福是其中之一。他以"Outside the traditionalfield"为题作报告提出，诺贝尔奖之后的直接法应该走出传统领域去开拓新的应用。他指出了4个发展方向∶（1）从单晶分析到粉晶分析；（2）从X射线晶体学到电子显微学；（3）从周期性晶体到非公度晶体；（4）从小分子晶体到生物大分子晶体。其实，那时范海福和同事们已经在"（2）"、"（3）"、"（4）"3个方面展开了工作，并已取得了初步的成果。9年后，1996年第17届国际晶体学大会的一个分会主席 S. Fortier 在她的总结报告中采用了上述提法。其报告的开头写道∶"这个小型报告会Direct Methods of Phase Determination的着重点正如范海福所概括的，是直接法的应用向传统领域之外转移；从小分子到大分子；从单晶到粉晶；从周期结构到非公度结构；从X-射线数据到电子衍射数据。"自20世纪80年代中、后期至今，我国在上述4个领域中的3个领域一直具有重要的国际影响。1978年范海福（后排左2）初出国门，随中国晶体学代表团（团长唐有祺教授，前排左2）在英国晶体学家、诺奖得主Dorothy Hodgkin（前排左1）家中做客4.从X射线晶体学到电子显微学高分辨电子显微学是研究固体材料微观结构的重要手段。许多材料由于晶粒太小或缺陷严重而不适于X射线分析，却宜用电子显微镜观察。然而，高分辨电子显微像往往因电子光学系统的像差而严重畸变；其分辨率又远低于相应的电子衍射图，在多数情况下不足以辨认单个的原子。因此，高分辨电子显微像需要经过特殊处理才能反映出物体内部的结构细节。国外常用的处理方法，实验量大、计算繁复，而且事先对被观察试样的结构要有个大致的了解，这就局限了高分辨电子显微学的应用。另一方面，X射线晶体学中的直接法实质上是一种特殊的图像处理方法。在高分辨电子显微学中引入直接法，将可创立新的图像处理技术。从20世纪70年代起，范海福与李方华合作，建立了用于高分辨电子显微学图像处理的新方法。这一方法将衍射分析与显微成像结合起来。与原有的方法相比，所需的实验工作量较少，计算过程也较简捷。尤其是无需对被测试样的结构预先有所了解。具体的处理过程分为两步：第一步是图像解卷，即利用衍射分析中的算法消去由像差引起的图像畸变；第二步是提高分辨率，先由校正过的电子显微像经傅里叶变换求出低分辨率衍射点的相位，然后结合电子衍射图的信息，通过直接法相位外推获得接近衍射分辨极限的结构像。这一方法曾成功地用于处理一张Bi-2212高超导体的高分辨电子显微像。经过处理后的图像，除校正了畸变外还将图像的分辨率从2 提高到1 ，Cu-O层上的氧原子也清晰可见。1987年与夫人李方华院士在悉尼海滨5.从周期性晶体到非周期性晶体通常，晶体结构分析都假定晶体具有严格的三维周期性。但是实际的晶体都有缺陷，基于衍射效应的晶体结构分析只给出大量晶胞的平均结果。在实际的晶体中，原子往往会发生取代、缺位或偏离平均位置等缺陷。如果这种缺陷的分布本身具有周期性，就形成所谓调制晶体。缺陷分布的周期若为晶体周期的整数倍，即形成公度调制结构或称超结构。缺陷分布的周期若非晶体周期的整数倍，则开形成非公度调制结构。非公度调制是晶体缺陷长程有序分布的一种形式，它对晶体的性质有重要影响。目前国际上用于测定非公度调制结构的流行方法均在某种意义上属干尝试法。其要点是先假定一个调制模型，算出其衍射效应，然后同实验结果比较，并据此对模型进行调整和修正。这种方法费时、费事，易出差错。因此，有必要建立一种更直接、更有效的方法以代替尝试法。非公度调制结构就其整体而言，在三维空间不具备严格的周期性。但是，它可以表示为一个n-维（n3）周期结构的三维"截面"。因此，先对那个-维周期结构求解，然后用一个三维的"超平面"去"切割"所得的n-维结构，就可以导出三维空间中的非公度调制结构。为了在维空间中求解晶体结构。首先需要将现有的晶体结构分析方法从三维室间推广到多维空间。范海福等人在1987年首先将直接法推广到多维空间，建立了直接法测定非公度调制结构的理论。这一方法曾用于研究高Tc 超导材料Bi-2223晶体的非公度调制结构。有关结果由赵忠贤在1991年的诺贝尔庆典报告会上向国际超导界展示。范海福和同事们还将用于电子显微学图像处理以及用于从头测定非公度调制晶体结构的直接法综合到一个程序句 VEC（Visual computingin Electron Crystallography）中。该程序包自2000年在网上发行以来，已有来自60多个国家和地区的一千多人下载。6.从小分子晶体到生物大分子晶体蛋白质的晶体结构分析是结构生物学的重要实验基础。晶体结构分析的理论和实践水平，直接关系到结构生物学的发展。结构未知的蛋白质可分为两类。其中一类虽然本身的结构未知，但是有结构已知的同源类似物可供参照；另一类则是"完全未知"的，也就是没有结构已知的同源类似物。前者在近年来解出的蛋白质结构中约上70%。后者所占比例较小然而更难解决。测定前者的主要方法是"分子置换"（MR）法，测定后者的主要方法是"多对同晶型置换"（MIR）法和"多波长异常衍射"（MAD）法。MIR和MAD有一个共同的缺点，就是对试样制备有特殊的要求，而且实验量和计算量都较大，遇到晶体试样不易制备或者晶体易受辐照损伤的情况就不便使用。因此，用单对同晶型置换（SIR）法或单波长异常衍射（SAD）法来代替就是合乎逻辑的出路。但是，从SIR或者SAD的实验数据不能唯一地确定衍射相位。在多数情况下每一个衍射点的相位都有两个可能的解（双解）。要利用SIR或SAD数据，必须设法解决这一问题。1965年范海福提出用直接法破析SIR或SAD的相位双解问题。1982年H. Hauptman发表了一篇整合直接法和SAD数据的论文（Acta Cryst.，1982，A38∶632-641）。其目标与范海福在论文中提出的相同，但方法各异。Hauptman还以"Direct methods and anomalous dispersion"（直接法与异常散射）作为他1985年诺贝尔奖获奖演说的题目，表明他在"诺贝尔奖之后"将以此为研究重点。从1983年起，世界上著名的直接法研究小组纷纷投入这方面的研究。由此掀起的"国际竞争"一直延续了大约20年。在中国，范海福和同事们在原先的基础上作了重大的改进和发展，干1984～1985年间发表了5篇论文。这些文章得到国际同行包括竞争对手的肯定评价。1988年应中国科学院邀请，美国科学院派出了一个"生物技术"代表团到中国考察。当时中国科学院没有安排他们访问物理研究所。但是他们在其考察报告Biotechnology in China（美国科学院出版社，1989）一书中，仍然认真地评述了范海福和同事们在20世纪80年代中期的工作（见原书32-33页）∶研究精选在文献调查中显示，中国的某些研究已经达到国际水平。下节介绍那些在基础和应用生物技术方面前景最好的项目… … X射线晶体学… … 在北京物理研究所，范海福及其同事们已经使用概率相位推演方法测定越来越大的生物分子的晶体结构。他们是最早发展并使用随机起始、从头相位推演技术的一员。这一方法的优点在于无需对重原子衍生物在不同波长下作重复的测量。最近范（海福）小组用2分辨率的X -射线单波长异常散射数据重新测定了 avian pancreatic peptide 的结构，以此展示其方法的精确性。这一方法终将能够直接测定一系列肽和蛋白质的结构。这对蛋白质工程将有广泛和重要的潜在意义… … 范海福和同事们的后续研究，印证了美国考察团的预言。1990年，他们用直接法推定一套2.0 分辨率的SAD数据的相位，获得可以跟踪解释的电子密度图。1995年，他们进一步提出用直接法和"电子密度修饰法"协同处理蛋白质的SAD数据，并用3.0 分辨率的SAD数据证实这样的方法可以解出蛋白质streptavidin的晶体结构。这个结构原本是用3倍于SAD的MAD数据解出的。1998年，英国的同行用范海福和同事们所发展的方法和程序从2.1 分辨率的SAD数据解出一例原属未知的蛋白质晶体结构（Acta Cryst.，1998，D54∶629-635）。2000年，基于范海福等人的方法编写的程序OASIS被国际上使用最广泛的蛋白质晶体结构分析程序库CCP4 正式采用。成为其中用干推演SAD或SIR衍射相位唯一的直接法程序。进入21世纪以来，范海福和同事们针对蛋白质晶体学的直接法研究又有新的进展。2004年，他们提出SAD或SIR衍射相位的"双空间迭代"方法，将原有方法的功效提高了好几倍，同时使直接法在蛋白质晶体结构分析中从相位推演的环节进一步渗透到自动建模的环节。2007年，他们又提出无需SAD或SIR信息的"结构碎片双空间迭代扩展"方法。这一方法使直接法得以同蛋白质晶体结构测定中使用最多的分子置换（MR）法相结合并显著地提高了它的功效。同时，也使直接法扩大了在"自动建模"这一重要环节中的影响。2004～2009年，范海福和同事们完成了OASIS程序的3个更新版本。OASIS程序已经被国内外（包括中、英、法、美、日、德）的结构生物学家使用，解出多例用其他方法难以解决的蛋白质晶体结构。OASIS的2006版本已被CCP4的最新版本（2008）采用以代替原有OASIS 2000版本。此外，欧洲分子生物学组织EMBO所建立的、向世界各科研单位提供网络在线服务的蛋白质晶体结构分析自动化流水线 Auto-Rickshaw 从2006年起采用OASIS作为执行相位信息和结构模型循环迭代的关键程序。1996（或1997）年10月，左起：章综、范海福、蒲富恪、李荫远、梁敬魁、李方华，在物理所A楼2层接待室7.躬耕不息已过古稀之年的范海福仍然坚持在科研第一线。他和同事们一起讨论、研究工作的具体细节，评估学科发展趋势，提出新的目标并为此和同事们一起协同工作。长期与范海福一起工作的同事们的感受是；他在科研团队中既是"帅"又是"将"和"兵"。他不仅把握研究方向、选定课题，还会亲自动手。像主要由其他同事完成的SAPI和OASIS程序，他都亲自参与了一部分代码的编写。他熟知团队中每个人的能力和特点，善于调动每个人的积极性。范海福认为在科研团队中应该有和谐皆的氛围。而"和谐"应该以相互了解、相互尊重为基础。他会时常自问，是否每—位同事的劳动都得到了应有的尊重？范海福对年轻人的要求是严格的。他布置的任务定会跟踪检查；另一方面，他会无保留地向年轻人介绍自己的经验和教训，详细地解释每一个选题的思路，注意在学术上给年轻人提供自由发展的空间。8.人云不亦云两个无机化学实验在大学时期，范海福很得意的两个无机化学实验可能也是他所做的最让老师生气的两个实验。一个是要证实碳酸钙能溶于二氧化碳的水溶液。按当时从苏联搬来的一本实验教程，要将碳酸钙粉末放入盛蒸馏水的烧杯中，然后通入二氧化碳直至溶液成碱性。许多同学做了几十分钟也没有结果。范海福装了半试管澄清的石灰水溶液，然后通入二氧化碳。一两秒钟后就出现白色沉淀，这就是碳酸钙。继续通入二氧化碳，白色沉淀消失，这就说明了碳酸钙能溶于二氧化碳的水溶液。整个实验只用了大约1分钟。另一个实验是要证实碳酸钙加热后可以变成能溶于水的氧化钙，使水溶液呈碱性。"教程"要求把碳酸钙放入坩埚再用煤气灯烧半小时。范海福用一把镊子夹了小块碳酸钙直接放在火焰的外沿，只烧了几秒钟实验就完成了。两个实验连准备带收拾一共不到10分钟（整个实验课是一个半小时），然后他得意地溜出了实验室"自由活动"去了。事后老师批评他不重视苏联"老大哥"的经验和不遵守课堂纪律。范海福只接受了第二项批评。苏联专家1959年，苏联专家И. В. Яворский（约 维 亚沃尔斯基）到物理所指导范海福等人开展 X射线分析工作。范海福从Яворский那里学到不少理论和实践的知识。Яворский对范海福也很满意，经常和范海福单独讨论学术问题（有翻译在场）。有时候，他们之间有学术上的争论。双方都觉得这很正常而日很有好处。但是个别领导却"提醒"范海福∶要尊重苏联专家！范海福的回答是∶"我非常尊敬苏联专家，但这不等于不能表达不同的学术见解"。Яворский回国后不久的1960年，范海福因所谓"对苏联专家的态度" 被批判，并被提升到"反苏"的高度。面对当时的环境，范海福并没有写出哪怕是一个字的"检讨"。事后范海福听说，Яворский回国以后给他来过封很长的信。他确信，那一定是写满友谊和鼓励的信。只可理科学奖。看来有关工作人员和多数评委都宽容了范海福的 "与众不同"。

南京晶升装备股份有限公司（以下简称“晶升装备”）9月21日正式发布上会稿，9月29号上会。晶升装备聚焦于半导体领域，向半导体材料厂商及其他材料客户提供半导体级单晶硅炉、碳化硅单晶炉等定制化的晶体生长设备。其产品半导体级单晶硅炉下游行业为硅片厂商，下游应用行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点，市场集中度较高。根据 Omdia 统计1，全球硅片市场份额主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、 德国世创和韩国 SK 五大企业占据，五大企业占全球硅片市场份额约为 90%，由于国内半导体硅片行业起步较晚，国内硅片市场份额不足 10%，相对较低，增速及进口替代空间巨大。中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后，国内主要硅片厂商以生产 200mm（8英寸）及以下抛光片、外延片为主，300mm（12英寸）产能规模占比相对较低，仅有沪硅产业（上海新昇）、TCL 中环（中环股份）、立昂微（金瑞泓）、奕斯伟等少数厂商可实现12 英寸半导体级硅片批量供应。目前国内自产12英寸产能仅为54万片/月，总需求为150万片/月至200 万片/月，自产供给和需求之间存在较大差距，主要依赖进口。从全球趋势来看，由于成本和制程等原因，国内12 英寸需求也将越来越大。因此，12英寸半导体级硅片成为未来国内硅片市场主要增长点，带动上游晶体生长设备行业实现规模化增长。晶升装备在三轮问询回复中表示，公司已于2018年率先实现了12英寸半导体级单晶硅炉国产化。虽然产品设备规格指标参数、晶体生长控制指标参数与国外厂商基本处于同一技术水平，但因产业应用时间较短，验证经验相对不足，目前与国外厂商的竞争中还处于相对劣势。以国内12英寸硅片龙头企业沪硅产业（上海新昇）为例，其采购国外厂商S-TECH Co., Ltd半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例超过85%，采购晶升装备12英寸半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例约为10%-15%。然而，相比国内厂商，晶升装备具有先发及领先优势。其12英寸半导体级单晶硅炉产品技术水平、市场地位及市场占有率国内领先，随着产业应用时间及下游认证的逐步推进，晶升装备将在半导体级单晶硅炉国产化替代进程中具备较强的竞争优势。根据三轮问询回复，目前晶升装备在半导体级单晶硅炉的国内竞争对手主要为晶盛机电及连城数控。晶盛机电及连城数控的的晶体生长设备下游应用领域主要为光伏级硅片领域，晶升装备产品聚焦于半导体级单晶硅炉领域。晶升装备的12英寸半导体级单晶硅炉已实现为国内领先半导体硅片企业沪硅产业（上海新昇）、立昂微（金瑞泓）的批量化销售。其产品的定制化能力、可应用制程工艺、下游量产进度较国内竞争对手具有领先性。晶升装备根据国内硅片行业整体预计新增产能对公司半导体级单晶硅炉市场空间进行测算，预计未来2-3年，公司半导体级单晶硅炉市场空间可达约9-29亿元。

晶体学，这个最初为窥探物质原子结构和排列方式而形成的一门学科——至今有100余年历史，且已获颁23项诺贝尔奖。然而，这门学科的基础研究犹如科学界的一门“古老手艺”，人才渐缺、关注渐少。　　郭建刚是个“逆行者”。这个中国科学院物理研究所“80后”研究员执着地相信：百余年来沉淀下的晶体学知识在当今依然具有强大生命力，“认识全新物质体系，要回到最根本、最基础的结构。虽越基础、越困难，但也越重要。”　　传统科学与新月的碰撞　　正如月球研究，晶体科学就提供了新视角，而后获得了新发现。　　2020年，我国嫦娥五号从月球背面带回1731克的月壤样品。经过激烈地竞争答辩，郭建刚所在的先进材料与结构分析实验室获得了1.5克的月壤样品。　　拿到珍贵的最新月壤样品，郭建刚抑制不住内心地兴奋，这是他的研究课题第一次触及“太空”。　　“月球土壤与我们在地面上看到的土壤类似，是一些矿石经过不断风化，逐渐变成细碎的土壤。”郭建刚介绍。　　与大多形态形貌研究不同，他们想借助自身优势，在更深、更细处探索未知，剖析月壤内部结构与原子分布状态，试图“见微知著”，了解太阳风化和月球演变等。　　装在白色透明小瓶里，月壤犹如碳粉一般，呈黑色粉末状。郭建刚首先要做的是“挑样”——在数十万个颗粒中挑出微米级大小的晶体，这是项考验耐心的技术活。　　晶体的大小约等于一根头发丝直径，郭建刚站在手套箱前、紧盯着显微镜，寻找着在特殊灯光照射下反射亮光的晶体，然后屏住呼吸，利用一根纤细挑样针的静电效应，小心翼翼“粘”出。　　他和学生两人一组，反复这一连串动作，每次需要持续3小时。为保证安静环境，他们常常在深夜工作，结束时身体僵直、眼睛酸胀、几近“崩溃”。　　实验室窗台上的几盆被拔“秃头”的仙人球见证着他们的付出，他们需要使用仙人球的刺来“粘”住微米级晶体，放置在四圆衍射仪和高分辨透射电镜上测试晶体结构。　　郭建刚知道，我国嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，且取样点的纬度最高，为探究月壤在太空风化作用下的物质和结构演化提供了新机会。挑选样品的质量，在一定程度上或许决定了能否把握住这次机会，因此，必须仔细再仔细。　　郭建刚和团队在月壤样品中找到了铁橄榄石、辉石和长石等晶体，经过测试，在铁橄榄石表面发现了非常薄的氧化硅非晶层，这其中包裹着大小为2到12纳米的晶体颗粒，通过系统的电子衍射及指标化、高分辨原子相和化学价态分析，确认它们是氧化亚铁，并非此前在其他月壤样品中发现的金属铁颗粒。　　他们还在铁橄榄石中还观察到了分层的边缘结构，这种特殊的微结构首次在月球土壤中看到。　　扎实的数据得到了美国行星之父、匹兹堡大学地质与行星科学系教授Bruce Hapke的肯定：“这种橄榄石晶体的边缘结构是独特的。”　　“我们确认了铁橄榄石在太空风化作用下出现了分步分解现象。通过表面微结构和微区晶体结构分析，我们首次在铁橄榄石的边缘确认了氧化亚铁的存在，表明矿物在风化过程中，经历了一个中间态，而非一步到金属游离铁，这将有利于进一步理解月球矿物的演变历史。”郭建刚说。　　越基础，越重要　　2008年，从吉林大学硕士毕业，郭建刚来到物理所跟随陈小龙研究员攻读博士学位。在团队里，他感受到的第一个研究“逻辑”就是，要想得到或利用一个材料，首先要想办法弄清楚材料最基本的晶体结构，理解原子之间的排布与结合方式。　　“是什么、为什么、能做些什么，这是我们要探索全新体系时要回答的三个基本问题。”他至今记得，博士期间，按照这条“底层逻辑”，做出了第一个让他惊奇的超导新材料。从此，他便更加热爱晶体科学。　　“晶体，尤其是超导这类单晶，非常重要，在电力运输、磁悬浮等有着广泛应用，若原子微观结构不清楚，很难理解和优化其物性，离应用就更远了。”郭建刚说。　　的确，对物质晶体结构的了解，有助于在物质内部微观结构、原子水平的基础上，阐明物质各种性能，并为改善材料的性能、探索新型材料和促进材料科学的发展提供重要科学依据。　　10余年来，郭建刚一直牢记着这个“逻辑”。他以探索电磁功能材料和生长晶体为主要方向，以理解晶体结构为出发点，研究材料的物性和晶体结构之间的关系，取得了诸多重要成果。　　2010年，还在读博期间，郭建刚在国际上最早制备出了碱金属钾插层铁硒超导体系，其最高超导转变温度为30 K，创造了当时常压下FeSe基化合物超导转变温度的最高纪录。　　该成果开辟了国际铁基超导研究的新领域，所开创的研究方向‘Alkali-doped iron selenide superconductors’被汤森路透《2013研究前沿》和《2014研究前沿》列为物理学10个最活跃前沿领域之首和第7名，将其发展成了与铁砷基并列的第二类铁基高温超导体。　　他成功地解决了较小尺寸碱金属钾插层铁硒的难点，制备出了纯相的钠插层铁硒超导体，进一步将超导转变温度提高至37 K。　　弄清晶体结构，会大大缩短新型材料探索时间、加速解决实际问题。　　郭建刚介绍，用传统方法合成一个新材料，需要不断地试，因为不知道哪些组分、温度等合适，试的足够多，可能会碰到一个新的，但试错法效率低、成本高。而弄清楚了晶体结构，就能了解某一类材料中物性的决定性单元（也称功能基元），再以此为基础，发展新的材料体系，“比如要制备一个新材料，有3个组分，通过晶体结构分析，我们能发现决定材料物性的功能基元，就能够以相应的物性为导向，高效地探索新材料和新效应。”　　即以不同功能基元为基础，调控基元的排列方式，或通过调控功能基元里配位的原子种类和数目来改变其电子结构，制备新高温超导晶体体和诱导新效应。　　基于这一思路，由陈小龙牵头，郭建刚作为第2完成人所承担的挑战性课题“基于结构基元的新电磁材料和新效应的发现”，荣获2020年度国家自然科学二等奖，这项成果解决了由功能基元出发、高效探索新材料和新效应的若干关键科学问题，推动了无机功能材料科学的研究与发展。　　肩负重任的新生力量　　在先进材料与结构分析实验室，作为青年科学家的郭建刚，肩负延续学科发展与服务国家需求新的重任。　　“老一辈科学家的事迹和精神始终鼓舞着我。”郭建刚说。“陆学善院士和梁敬魁院士分别是中国著名的晶体物理学家和晶体物化学家，导师陈小龙除了在晶体结构分析和单晶生长具有深厚的学术功底，也是推动碳化硅晶体从基础研究到产业化的先行者之一。　　让郭建刚感触最深的是，老师们总是以一丝不苟的态度，对待基础研究，即使看似很小的工作也做得非常扎实、严谨。　　他一直记得陆学善先生和梁敬魁先生的一个科研故事，上世纪60年代，梁敬魁回国来到物理所，与陆学善合作开展了铜-金二元体系超结构研究，为了达到合金的平衡态，需要诸多工艺，单是退火处理这一个工艺过程，就需要六个月或者一年时间。他们耐住寂寞，几年之后，获得了一系列长周期的超结构相，其中有的是国外研究者已经研究多年，却始终没有观察到的现象。　　“在很多人看来，这样的研究方法可能比较‘原始’，但恰是这种方法，为科研打下了扎实的基础，产出了诸多原创性成果。”郭建刚说，耐心、潜心是他从老先生那里学到的科学精神。　　在郭建刚看来，今天，研究组在晶体生长领域产生了多项引领性的工作，尤其在碳化硅宽禁带半导体生长与新功能晶体材料探索方面，都是在多年的基础研究积累上取得的。　　碳化硅是一种重要的宽禁带半导体，具有高热导率、高击穿场强等特性和优势，是制作高温、高频、大功率、高压以及抗辐射电子器件的理想材料，在军工、航天、电力电子和固态照明等领域具有重要的应用，是当前全球半导体材料产业的前沿之一和国内“十四五”规划重点攻关的半导体材料之一。　　然而，一直以来，用于应用研究的大尺寸单晶存在较多难以突破的关键科学和技术问题，严重影响器件性能，诸多关键技术和设备面临着国外封锁。　　近年来，针对相关难题，在陈小龙的带领下，郭建刚在扎根基础研究的同时，与团队共同推动研究成果产业转化，获得了2020年度中国科学院科技促进发展奖。　　“最大的挑战是基础研究领域的突破，在晶体研究领域，我们还需要更细致、更系统和更‘原始’的研究。”郭建刚深知，基础科学问题的突破将会极大地提高晶体的质量和应用范围，给学术和产业界带来巨大变革，但攀登科学高峰这条路必定不轻松，还好，有热爱，可抵漫长岁月。

日前，安徽承禹半导体材料科技有限公司（简称“承禹新材”）获得中国科学院半导体研究所关于第三代前沿半导体材料碲锌镉单晶棒及晶片的检测检验报告。其结论和数据显示，承禹新材制造的碲锌镉单晶棒及晶片，在红外透过率等综合参数性能、产品良率、晶棒及晶片尺寸规格、尤其是3英寸的全单晶圆片等几项关键指标方面，均处于国内同行业中遥遥领先、名列前茅的位阶，部分指标追平甚至领先国际技术水平。中国科学院半导体研究所是中国国务院直属事业单位，是集半导体物理、材料、器件及其应用于一体的半导体科学技术的综合性研究机构，在国内具有很高的权威性，被称为“引领我国半导体科学技术发展的火车头”。“承禹新材此次顺利获得中科院半导体所的产品检测报告，既彰显出该公司在碲锌镉半导体材料制备技术方面具有雄厚的实力，也可以看出该公司未来巨大的发展潜力。”一位资深业内人士表示。碲锌镉，英文名称cadmium zinc telluride，简写为CZT。自然界中并不现存有该物质，它是人工用碲、锌及镉三种单质（包含其它微量添加物质）化合生长而成单晶体，是属于第三代前沿战略性的半导体材料，是当前国际国内制造室温中红外探测、X射线探测、γ射线探测、核辐射及高能射线等探测器最为先进、优异的材料。据悉，碲锌镉半导体材料在军事用途上，主要是大幅提升武备的红外探测性能及其成像清晰度，而当前国际上武备九成以上均是以红外探测方式搜寻和发现目标的。在民用领域，未来主要应用于核医疗、放射源检测、无破损检测、核辐射探测、探温探源检测及夜视等领域、行业的设备、仪器的制造。其核心作用与意义在于更新迭代前述行业的设备、仪器的工艺、功能及性能，提升产业结构，助力国内这些行业同代等差参与国际竞争。更主要的是，碲锌镉半导体材料及器件可以提高核医疗、核辐射剂量、安检等设备仪器（如CT机、X光机、安检仪器等）功能与性能，降低放射源剂量，广泛惠及民众的医疗水平及健康。正因该材料在军事及民用领域具有诸多革新、颠覆性的功能与性能，国际上少数几个能生产制造的先进国家都将其列为战略性、管制性的产品，对我国进行技术与产品的双封锁。“而位于安徽省蚌埠市的承禹新材生产的综合质量参数优良、高良率、大尺寸的碲锌镉单晶棒及其晶片（包括全单晶圆片，这是属于首创性的高难度技术工艺，必将改变未来相关产业工艺），必将有力打破这种掣肘，实现国内供给，助推国内诸多相关行业设备、产品的更新升级，其意义重大、前景广阔，是国人创新与研发能力的一个有力例证。”半导体领域一权威人士说道。业内人士表示，碲锌镉单晶材料及晶片是制造室温X射线、γ射线、核辐射等探测器优异、先进的半导体材料，具有噪声低、暗电流低、热稳定性好、电阻率高、探测射线能量分辨率较高、带隙宽且可调、灵敏度高、计数率高、能量响应率高等诸多突出优点。其中，民用领域主要应用于核医疗、放射性安检、夜视、红外探测、核辐射探测、灾难搜救、探温探源、空间天文研究等设备、仪器上，军用领域可应用于导弹、卫星、战机、雷达、舰船、坦克、步兵战车、单兵作战等各类武器装备红外探测器及成像的材料。比如，在目前使用的CT机、X光机等医学检查中，以闪烁体探测器为核心部件的传统医疗成像设备，相比碲锌镉单晶材料做衬底的核医疗设备，在成像清晰度、扫描层隔精度、放射元素辐射量、成像时间等性能指标上差距甚大。而在应用碲锌镉单晶材料制造的X光机、CT机等各类核医疗探测、成像设备的核心部件中，不仅可实现从间接成像转向直接成像，而且扫描层隔更精微，成像更清晰，放射性元素剂量可以降低到原来闪烁体探测器剂量的三分之一，检测时间可以缩短为原来四、五分之一左右，同时还可以延展医疗检测的群体和适应症范围。据了解，2021年，蚌埠市水利局领导及蚌埠水利建设投资有限公司高层在对该项目经过多轮科学、严谨的求证、考察之后，果断决策、高效执行，最终力促碲锌镉单晶半导体材料项目花落珠城蚌埠。2021年8月，蚌埠水利建设投资有限公司与合肥达识新材料技术开发有限公司共同合作投资成立安徽承禹半导体新材料科技有限公司。该公司现已成为国内首批进行纯企业化、大规模化量产碲锌镉半导体材料的领跑者。“蚌埠水利建设投资有限公司是国有政策性投资公司，具有政策及资金方面的资源优势。合肥达识则拥有国内领先的技术工艺以及先进的经营管理水平和优秀的市场运营能力。双方真诚携手，相得益彰，优势互补，前景可期。”蚌埠水利建设投资有限公司冉凡荣董事长如是说。合肥达识新材料技术开发有限公司目前已拥有以碲锌镉单晶为代表的多项先进、成熟的第二代、第三代半导体和其它化合材料及芯片的生产制造技术与工艺。公司研发的化合材料包括碲锌镉、碳化硅、透明高阻薄膜、锑化镓、氮化镓、氟化钡、氟化钙、砷化镓、宝石级金刚石等。公司掌握的碳化硅和透明高阻薄膜技术工艺等则属于升级类别，不仅在产品性能质量、参数指标等方面显著领先，而且生产成本也成倍降低。

图1 GaN晶格结构图（图源：滨松中国官网）GaN材料是第三代半导体材料之一，被广泛应用于电子、光电子和通信等领域，因此实现GaN材料质量定量评估显得尤为重要。而IQE又是 GaN 单晶体质量评估所必需的参数。因此，在设计和制造GaN单晶体时，需要对IQE参数进行充分的考虑和评估，以确保其性能符合要求。ODPL测量系统图2 ODPL 测量系统（图源：滨松中国官网） 为了更好地定量评估GaN晶体质量，滨松公司和日本东北大学合作研发了一套基于积分球的全向光致发光系统（简称ODPL）。 ODPL 测量系统使用积分球来测量全向光致发光光谱并确定样品的发射效率，利用独自的计算方法得出GaN 晶体的IQE，对结构缺陷和杂质有无等质量问题进行量化来实现精准评估。图3 基于积分球的测量原理示意图产品应用GaN/SiC晶体性能定量分析半导体晶体杂质有无检测 半导体晶体结构缺陷 钙钛矿材料测量ODPL测量系统新品到货，欢迎预约免费测试利用吸收波长区域重叠的绿色光仅在晶体上方发光的特性,通过ODPL成功地计算IQE。结果表明,IQE至少达到62.5%,并且IQE会随着甲基离子的过量和不足,而大幅波动。 图4 钙钛矿材料的IQE测量免费测试通道长按识别上方二维码，提交预约测试申请等待客服联系寄送样品等待的测试完成，免费获取完整的数据

2024年7月，杭州镓仁半导体有限公司在氧化镓晶体的培育和基底加工方面实现了显著的技术突破。该公司成功制造了3英寸的（010）氧化镓单晶基底，这在国际范围内是已知的最大尺寸，标志着其技术达到了全球领先地位。在氧化镓单晶基底的众多常见晶面中，（010）基底因其卓越的物理特性和外延生长能力而备受青睐。具体来说，（010）基底的热导率是最高的，这有助于提高功率器件的整体性能。此外，这种基底的外延生长速度也较快。更重要的是，基于（010）基底制造的器件展现出了更加卓越的性能表现。目前，镓仁半导体已经推出了其晶圆级的（010）氧化镓单晶基底产品，该产品主要面向科研市场，旨在满足科研界对（010）基底的需求，并推动产业界、学术界和研究机构之间的合作。

近日，山东大学陶绪堂教授团队使用导模法(EFG)成功制备了外形完整的4英寸(001)主面氧化镓(β-Ga2O3)单晶，并对其性能进行了分析。劳厄测试衍射斑点清晰、对称，说明晶体具有良好的单晶性，无孪晶；X射线衍射摇摆曲线显示晶体(400)面半峰全宽仅为57.57″，结晶质量较高；湿法化学腐蚀测试结果表明，晶体位错密度为1.06×104 cm-2；C-V测试确认β-Ga2O3晶体中载流子浓度为7.77×1016 cm-3。测试结果表明，该团队通过导模法获得了高质量的4英寸β-Ga2O3单晶。相关内容以“4英寸氧化镓单晶生长与性能研究”为题已在《人工晶体学报》网络首发（DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220831.001.）。该成果是继2019年团队获得4英寸(100)主面单晶后的又一新突破。 图1 4英寸β-Ga2O3晶体 图2 β-Ga2O3单晶(010)面劳厄衍射图图3 β-Ga2O3单晶摇摆曲线 　　此外，团队通过优化提拉法晶体生长工艺，在原有1英寸晶体基础上，成功放大到2英寸，晶体外形规整、无裂纹，晶体质量较高。晶体生长尺寸与德国IKZ及美国空军实验室相当，达到国际先进水平。 图4 提拉法生长2英寸氧化镓柱状单晶 　　山东大学晶体材料国家重点实验室在国内最早开展导模法氧化镓单晶生长，经过长期潜心攻关，从零开始，先后突破了1~4英寸氧化镓单晶生长、缺陷、掺杂、加工等关键核心技术。通过导模法、提拉法等多种晶体生长方法，生长出n型导电及半绝缘氧化镓晶体并开展了系统的晶体加工和缺陷研究，为打破国外技术封锁和产品禁运奠定了基础。 　　β-Ga2O3作为超宽禁带半导体材料，可用于制备功率器件、紫外探测器、高能射线探测器，同时也可作为GaN、ZnO等半导体的衬底材料使用。由于超高的击穿场强和巴利加优值，β-Ga2O3功率器件具有耐压高、导通损耗低、开关速度快的优点。目前，β-Ga2O3二极管及场效应晶体管器件耐压均可达几千伏，器件击穿场强已超过SiC和GaN的理论极限。 　　由于β-Ga2O3禁带宽度为4.8 eV，吸收截止边位于260 nm处，紫外透过率可达80%以上，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性。因此，β-Ga2O3晶体自身便满足“日盲”光电器件的需求，避免了目前常用氮化物需要合金化等复杂问题。β-Ga2O3晶体因其卓越的材料性能，在深紫外光电探测以及超高压功率器件方面具有重要的应用，也是最近美国等西方国家对我国实施禁运的关键材料。

天眼查显示，北京北方华创微电子装备有限公司“碳化硅晶体生长装置”专利公布，申请日期为2023年2月8日，公开日为2024年8月9日，申请公布号为CN118461121A。背景技术随着第三代半导体材料使用领域的扩大，碳化硅单晶材料作为第三代半导体的代表材料，因其特性具有禁带宽度大、热导率高、饱和电子漂移速率高和击穿场强高等性质。在多个领域具有广阔的应用前景，尤其电动汽车、轨道交通和电机驱动(Motor driving)领域增长迅速，占比逐年增大。碳化硅单晶材料普遍采用物理气相传输(Physical Vapor Transport，PVT)法生长，在PVT法中，采用碳化硅粉料作为生长单晶的原料，将碳化硅籽晶粘接在石墨坩埚顶部(石墨盖)作为籽晶，通过电磁感应线圈加热石墨坩埚，石墨坩埚通过热传导将碳化硅原料加热至升华，气相碳化硅在轴向温度梯度作用下输送到籽晶位置开始生长，在特定温度下可生长单晶碳化硅。碳化硅晶体生长中，坩埚是主要的发热源，粉料通过吸收坩埚壁的热量实现升华。由于热量通过粉料间热传导的方式从石墨壁向粉料中心传递，这导致粉料中心的温度始终低于边缘温度。发明内容本发明提供了一种碳化硅晶体生长装置，涉及碳化硅单晶材料的制造技术领域，为解决坩埚内的粉体温度均匀性差的问题而设计。碳化硅晶体生长装置包括坩埚、感应线圈组件和盖设于坩埚上方的盖板，盖板用于在盖板的中心设置籽晶，坩埚内设置有至少一个的感应加热件；感应加热件具有封闭连续的外周面，且能够在感应线圈组件的作用下产生感应涡电流。本发明提供的碳化硅晶体生长装置可以改善坩埚内的粉体温度均匀性。

碳元素与硅元素同属第四主族，其原子最外层有四个未配对电子，可形成四根共价键。例如金刚石与单晶硅分别是碳原子和硅原子以sp3杂化方式与临近的四个原子成键形成的稳定结构。原则上，碳原子和硅原子可以以任意的比例互换，组成SixCy的一大类具有闪锌矿结构的晶体材料。理论预言表明，二维的SixCy晶体可以以蜂窝状结构稳定存在，随着碳硅比例的不同具有大范围可调节的带隙，从而产生丰富的物理化学性质，引起了研究人员广泛的关注。然而，自然界中的硅原子并不喜欢sp2杂化方式的平面二维结构，碳硅化合物晶体多数不存在像石墨一样的层状体材料。因此，常规的机械剥离方法并不适用于制备二维碳化硅材料。已有的实验报道包括利用液相剥离和扫描透射电子显微镜电子束诱导等手段获取准二维SiC和SiC2材料，然而这些材料存在着厚度不均一、尺寸太小以及无法集成等问题。因此，发展一种新的实验手段获取高质量、大尺寸的单晶二维碳化硅材料具有重要意义。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心纳米物理与器件实验室高鸿钧研究团队利用组内自主设计研发的分子束外延-低温扫描隧道显微镜联合系统，对石墨烯硅插层技术进行了优化，并将其应用于二维碳化硅材料的构筑，成功在钌和铑两种单晶表面生长出大面积、高质量、单晶的单层Si9C15材料。他们首先在金属钌（铑）单晶表面生长获得高质量单层石墨烯，然后在石墨烯上沉积过量的硅，在1400 K高温下退火得到了厘米量级的单层碳化硅材料（图一）。他们进一步结合扫描隧道显微镜、扫描透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征手段和第一性原理计算，确定该二维材料是组分为Si9C15的翘曲蜂窝状结构（图二，图三）。蜂窝状结构由碳-碳六元环和碳-硅六元环组成，每个碳-碳六元环被十二个碳-硅六元环所包围。扫描隧道谱显示该二维材料表现出半导体特征，能隙为1.9eV（图四）。值得一提的是，单层Si9C15晶体具有较好的空气稳定性。制备的二维单晶样品在直接暴露空气72小时后重新传入超高真空腔体，在870 K退火1小时之后可以看到晶体结构几乎没有受到破坏（图五）。该项研究首次获得了大面积、高质量的单晶二维碳化硅材料。计算结果还显示在不同晶格常数的金属单晶衬底上有可能生长出不同碳硅比的二维材料，揭开了利用外延生长获取二维碳化硅材料的序幕。相关成果以“Experimental realization of atomic monolayer Si9C15”为题发表于Advanced Materials上。该工作与中国科学院大学的周武教授和国家纳米中心的张礼智研究员进行了合作。博士高兆艳、博士生徐文鹏、博士后高艺璇和博士后Roger Guzman为论文共同第一作者，李更、张礼智、周武和高鸿钧为共同通讯作者。该工作得到科技部（2019YFA0308500, 2018YFA0305700, 2018YFA0305800）、国家自然科学基金（61888102,51991340,52072401）、中国科学院（YSBR-003）和北京杰出青年科学家计划（BJJWZYJH01201914430039）等的支持。文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204779 图一：单层Si9C15材料的获取。图二：二维Si9C15材料的原子构型图三：STEM图像证实二维Si9C15材料的存在。图四：二维Si9C15材料的电子结构。图五：二维Si9C15材料具有较好的空气稳定性。【近期会议推荐】仪器信息网将于2022年8月30-31日举办第五届纳米材料表征与检测技术网络会议，开设“能源与环境纳米材料”、“生物医用纳米材料”“纳米材料表征技术与设备研发（上）”、“纳米材料表征技术与设备研发（下）”4个专场，邀请20余位领域内专家，围绕纳米材料热点研究方向，从成分分析、形貌分析、粒度分析、结构分析以及表界面分析等主流分析和表征技术带来精彩报告。会议涉及热点研究方向：电极材料、医药材料、多铁/铁电材料、电子敏感材料、超宽禁带半导体材料......会议包含表征与检测技术：冷冻电镜、透射电镜、扫描电镜、扫描隧道能谱、X射线光电子能谱、纳米粒度及Zeta电位仪、超分辨荧光成像、表面等离子体耦合发射、荧光单分子单粒子光谱、磁纳米粒子成像、拉曼光谱、X射线三维成像......为纳米材料工作者及相关专业技术人员提供线上学术与技术交流的平台，帮助大家迅速掌握纳米材料主流分析和表征技术，共同提高纳米材料研究及应用水平。（点击此处进入会议官网，免费报名参会）

传承60年德国工匠精神！弗莱贝格XRD技术历久弥新 自1895年，德国物理学家伦琴发现X射线；1912年，同是德国的物理学家劳埃发展了X射线的衍射理论，X射线衍射逐步成为研究晶体物质和某些非晶态物质微观结构的有效方法。它是20世纪科学发展中最伟大的成就之一。 Freiberg Instruments的单晶XRD定向仪就诞生在X射线被发现和发展的德国，在经历60载的传承后，正以其专业、专注和不断创新的理念，服务于全球各半导体单晶材料的定向检测领域！ 通过对传统技术的传承和多年的持续发展，目前Freiberg Instruments已经开发出一系列用于各种形态单晶体定向的手动、半自动、全自动及定制化XRD产品。同时，Omega-scan又是一种快速、简单、可靠的测定单晶取向的方法。Freiberg Instruments是唯一提供这种高端技术的公司。 以下为XRD部分型号产品：Omega/Theta(XRD)用于晶圆生产厂的独立XRD 转移技术：可对多个晶锭进行定向，便于下一步线切同时测定所有的横向方向各种样品夹持器和传送夹具，用于线切、打磨等晶圆自动分拣和处理摇摆曲线测量最高精度∶0.003°DDCOM(XRD)用于生产晶圆厂和研究机构的桌面型XRD设计测量从8到225毫米直径的晶圆和晶锭参考平面与测量平面相同对横向晶体方向的标记选项 无需水冷最高精度∶0.01°SDCOM(XRD)用于生产和研究机构的桌面型XRD 能够测量非常小的晶体，最小到1 毫米，以及大晶锭各种样品夹持器和传送夹具，用于线切、打磨等对横向晶体方向的标记选项无需水冷最高精度∶0.01°

当今科技迅猛发展，电子器件的小型化和性能提升是科研人员的极致追逐。其中，晶体管是当代电子设备中不可或缺的核心组件，其尺寸微缩和性能提升直接关系到整个电子行业的进步。与此同时，硅基场效应晶体管（FET）的性能逐渐逼近本征物理极限，国际半导体器件与系统路线图（IRDS）预测硅基晶体管的栅长最小可缩短至12 nm，工作电压不低于0.6 V，这决定了未来硅基芯片缩放过程结束时的极限集成密度和功耗。因此，迫切需要发展新型沟道材料来延续摩尔定律。 二维（2D）半导体具备可拓展性、可转移性、原子级层厚和相对较高的载流子迁移率，被视为超越硅基器件的下一代电子器件的理想选择。近年来，先进的半导体制造公司和研究机构，都在对二维材料进行研究。Lake Shore的低温探针台系列产品可容纳最大1英寸（25.4mm）甚至8英寸的样品，可以为二维半导体材料研究提供精准的温度磁场控制及精确可重复的测量，是全球科研工作者的值得信赖的工具。本文我们将结合近期Nature、Nature electronics期刊中的前沿成果，一起领略Lake Shore低温探针台系列产品在二维晶体管革新中的应用吧！ 图1. Lake Shore低温探针台1. 探针台电学测量揭秘最快二维晶体管——弹道InSe晶体管 对于二维半导体晶体管的速度和功耗方面的探索，北京大学电子学院彭练矛院士，邱晨光研究员课题组报道了一种以2D硒化铟InSe为沟道材料的高热速度场效应晶体管，首次使得二维晶体管实际性能超过Intel商用10纳米节点的硅基FinFET（鳍式场效应晶体管），并将工作电压下降到0.5V，称为迄今速度最快、能耗最低的二维半导体晶体管。相关研究成功以“Ballistic two-dimensional InSe transistors”为题发表于《Nature》上。 基于Lake Shore 低温探针台完成的电学测试表明，在0.5 V工作电压下，InSe FET具有6 mSμm-1的高跨导和饱和区83%的室温弹道比，超过了任何已报道的硅基晶体管。实现低亚阈值摆幅(SS)为每75 mVdec-1，漏极诱导的势垒降低(DIBL)为22 mVV-1。此外，10nm弹道InSe FET中可靠地提取了62 Ωμm的低接触电阻，可实现更小的固有延迟和更低的能量延迟积(EDP)，远低于预测的硅极限。 这项工作首次证实了2D FET可以提供接近理论预测的实际性能，率先在实验上证明了二维器件性能和功效上由于先进硅基技术，为2D FET发展注入信心和活力。2. 探针台光电测量揭示光活性高介电常数栅极电介质——2D钙钛矿氧化物SNO 与2D半导体兼容的高介电常数的栅极电介质，对缩小光电器件尺寸至关重要。然而传统三维电介质由于悬挂键的存在很难与2D材料兼容。为解决以上问题，复旦大学方晓生教授等人进行了大量研究实验，发现通过自上而下方式制备的2D钙钛矿氧化物Sr10Nb3O10（SNO）具有高介电常数（24.6）、适中带隙、分层结构等特点，可通过温和转移的方法，与各种2D沟道材料（包括石墨烯、MoS2，WS2和WSe2）等构建高效能的光电晶体管。文章以“Two-dimensional perovskite oxide as a photoactive high-κ gate dielectric”为题发表在Nature electronics上。图3. 具有SNO顶栅介电层的双栅WS2光电晶体管的电特性和光响应 基于Lake Shore探针台的光电测试表明，SNO作为顶栅介电材料，与多种通道材料兼容， 集成光电晶体管具有卓越的光电性能。MoS2晶体管的开/关比为106，电源电压为2V，亚阈值摆幅为88&thinsp mVdec-1。在可见光或紫外光照射下，WS2光电晶体管的光电流与暗电流比为~106，紫外(UV)响应度为5.5&thinsp ×&thinsp 103&thinsp AW-1，这是由于栅极控制和光活性栅极电介质电荷转移的共同作用。本研究展示了2D钙钛矿氧化物Sr2Nb3O10（SNO）作为光活性高介电常数介质在光电晶体管中的广泛应用潜力。 3. 探针台电学测量探索200毫米晶圆级集成——多晶MoS2晶体管 二维半导体，例如过渡金属硫族化合物（TMDs），是一类很有潜力的沟道材料，然而单器件演示采用的单晶二维薄膜，均匀大规模生长仍具挑战，无法应用于大尺度工业级器件制备。与单晶相比，多晶TMD的较大规模生长就容易很多，具备工业化应用集成的潜力。 有鉴于此，三星电子有限公司Jeehwan Kim和Kyung-Eun Byun 团队提出一种使用金属-有机化学气相沉积（MOCVD）制造大规模多晶硫化钼（MoS2）场效应晶体管阵列的工艺，与工业兼容，在商用200毫米制造设备中进行加工，成品率超过99.9%。文章以“200-mm-wafer-scale integration of polycrystalline molybdenum disulfide transistors”为题发表在Nature electronics上。 图4. 三种不同接触类型（a常规顶部接触，b多晶MoS2的底部接触，c单层MoS2底部接触）的电学特性和肖特基势垒高度 基于Lake Shore低温探针台CPX-VF的电学测试表明，相比于顶部接触，底部接触可以更好的消除2D FETs阵列中多晶2D/金属界面的肖特基势垒。没有肖特基势垒的多晶MoS2场效应晶体管表现良好，迁移率可达21 cm2V-1s-1，接触电阻可达3.8 kΩµ m，导通电流密度可达120µ Aµ m-1，可比拟单晶晶体管。4. Lake Shore低温探针台系列 美国Lake Shore公司的低温探针台根据制冷方式不同，主要分为无液氦低温探针台和消耗制冷剂低温探针台，其下又因为磁场方向、尺寸大小差别，有更多型号的细分，适用于不同应用场景（电学、磁学、微波、THz、光学等），客户可根据需要，选择不同的温度和磁场配置。客户可以选择自己搭配测试仪表集成各类测试，也可以选择我们的整体测试解决方案，如电输运测试、半导体分析测试、霍尔效应测试、铁电分析测试，集成光学测试等。图5. 低温探针台选型和适用的应用场景Lake Shore低温探针台主要特征☛ 最大±2.5 T磁场☛ 低温至1.6 K，高温至675 K☛ fA级低漏电测量☛ 最高67 GHz高频探针☛ 3 kV 高电压探针（定制） ☛ 大温区低温漂探针☛ 真空腔联用传送样品（定制）☛ ＜30 nm低振动适用于显微光学测量☛ 无需翻转磁场快速霍尔效应测试☛ 多通道高精度低噪声综合电学测量☛ 光电、CV、铁电、半导体分析测试参考文献：1. J. Jiang, L. Xu, C. Qiu, L.-M. Peng, Ballistic two-dimensional InSe transistors. Nature 616, 470-475 (2023).2. S. Li, X. Liu, H. Yang, H. Zhu, X. Fang, Two-dimensional perovskite oxide as a photoactive high-κ gate dielectric. Nature Electronics 7, 216-224 (2024).3. J. Kwon et al., 200-mm-wafer-scale integration of polycrystalline molybdenum disulfide transistors. Nature Electronics 7, 356-364 (2024).相关产品1、Lake Shore低温探针台系列

【科学背景】过渡金属二硫化物（TMDs）作为二维材料，在下一代电子集成电路和光子集成电路中显示出巨大潜力。其中，菱面层状（3R）TMDs因其优异的电流密度和高载流子迁移率成为研究热点。然而，生长大尺寸单晶3R-TMDs面临着表面外延生长的挑战，这限制了层数和堆垛相位的精确控制。为了应对这一问题，北京大学刘开辉教授，中国人民大学刘灿副教授和中科院物理研究所张广宇研究员等人合作在“Science”期刊上发表了题为“Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals”的最新论文。科学家们提出了一种 “晶格传质-界面外延”的外延策略，成功实现了晶片尺度、厚度可控的3R-TMD单晶的通用生长。通过这种方法生长的3R-MoS2薄膜表现出高结晶度，显著提升了场效应晶体管阵列的性能，包括高再现性和超越行业标准的载流子迁移率。此外，厚3R-TMD通过差频发生过程实现了近红外波长转换和显著的非线性光学增强，展示出在片上集成2D晶体管和非线性光学器件方面的广泛应用潜力。这些成果有望推动3R-TMDs在后摩尔定律时代的纳米电子学、非挥发性存储器、神经形态计算、太阳能收集和量子光源等领域的前沿技术发展。【科学亮点】（1）实验首次采用“晶格传质-界面外延”的外延策略，成功实现了晶片尺度、厚度可控的菱面层状（3R）过渡金属二硫化物（TMD）单晶生长。（2）实验通过此策略，得到了以下几个关键结果：&bull 实现了高结晶度的3R-MoS2薄膜生长，显著提升了场效应晶体管（FET）阵列的性能，包括超过IRDS设定的高迁移率基准。&bull 成功实现了近红外波长转换和厚3R-TMD DFG过程中的显著非线性光学增强。&bull 预计这些3R-TMD单晶将成为一个多功能的材料平台，用于片上集成2D晶体管和非线性光学器件，推动其在后摩尔定律纳米电子学、非挥发性存储器、神经形态计算、太阳能收集、片上非线性光学器件和量子光源技术中的应用前沿。【科学图文】图1：3R-TMDs的表面和界面外延示意图。图2. 3R-MoS2多层单晶的表征。图3. 3R-MoS2及其合金单晶的通用外延研究。图4. 3R-MoS2 FETs的测量。图5：3R-MoS2单晶的DFG测量。【科学结论】本文通过创新的界面外延策略，实现了晶片尺度、厚度可控的菱面层状（3R）过渡金属二硫化物（TMD）单晶的大规模生长。传统表面外延法面临层间相互作用弱、层数控制困难的挑战，而本研究通过在单晶Ni衬底上持续供给金属和硫属元素，确保了3R堆垛序列的一致性和厚度的精确控制，从而获得了高结晶度和相位纯度的3R-TMD薄膜。这不仅显著提升了薄膜的电学性能，如高迁移率的场效应晶体管（FET）性能和非线性光学效应的增强，还为在电子与光学器件领域的深入研究开辟了新的可能性。本文的创新策略不仅适用于3R-TMDs，还为其他功能材料的制备提供了新的思路和方法。通过在界面控制的精细化处理下，不仅可以优化材料的物理特性，还可以定制化设计材料的结构和功能，进一步拓展了材料科学与工程中的应用前景。此外，通过3R-TMD单晶在能源转换、信息存储和量子技术等领域的潜在应用，本研究还提供了一个重要的实例，展示了如何通过基础科学的探索和工程技术的创新，推动材料科学领域的发展和进步。文献信息：Biao Qin et al. ,Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals.Science385,99-104(2024).DOI:10.1126/science.ado6038

碳是元素周期表中最多样化的元素之一，碳原子具有极轻的原子质量和极强的共价键，以多种杂化方式成键获得结构丰富的碳网络，其独特的π电子共轭体系展现出优异的力、热、光、电等属性。通过调节碳材料的带隙，可以使其表现出迥异的电学性质，从而在晶体管、能源存储器件、超导等领域具有广泛应用。碳材料的性能与其拓扑结构密切相关，因此，研究新的二维碳同素异形体，特别是具有带隙的新型结构，具有重要意义。 在科技部、国家自然科学基金委、北京分子科学国家研究中心和中国科学院的支持下，郑健课题组在常压下通过简单的反应条件，创制了一种新型碳同素异形体单晶——单层聚合C60。这是一种全新的簇聚二维超结构，C60簇笼在平面上通过C-C键相互共价键合形成规则的拓扑结构。这种新型碳材料具有较高的结晶度和良好的热力学稳定性，并具有适度的禁带宽度，为碳材料的研究提供了全新的思路。 迄今为止构筑二维材料的最小单元是单个原子，纳米团簇作为基本单元构筑更高级的二维拓扑结构一直未能实现。由于碳碳成键的反应收率不是100%，且反应不可逆，因此采用传统化学反应制备二维团簇碳材料单晶几乎无法完成。郑健课题组利用掺杂聚合-剥离两步法，成功制备了单层二维聚合C60单晶，获得了确凿的价键结构。通过调节镁（Mg）和C60的比例，在常压条件下制得了两种紧密排列的准六方相和准四方相的Mg插层聚合物单晶，通过新的有机阳离子切片策略，使用四丁基水杨酸铵作为切割试剂，从准六方相结构中剥离得到单层C60聚合物。单晶XRD和STEM证明了C60之间通过C-C桥连单键和[2+2]环加成的四元环桥连键在平面内连接形成了一种全新的二维拓扑超结构。单层聚合C60的带隙约为1.6 eV，是典型的半导体，预示着其在光/电半导体器件中具有广阔的潜在应用。该结构具有良好的热力学稳定性，在约600 K（326.85℃）下仍旧稳定存在。由于不对称成键结构，这种新的碳材料具有显著的平面各向异性，表明该材料在非线性光学和功能化电子器件方面具有巨大应用前景。相关研究成果发表在Nature（https://www.nature.com/articles/s41586-022-04771-5）上。侯凌翔博士为论文第一作者，郑健研究员为通讯作者。 图a：准六方聚合C60的单晶结构示意图。每个C60与周围6个C60通过C-C共价键相连。 图b：单层聚合C60的STEM图片，C60笼簇在STEM图片中显示为圆环。

本报北京2月28日电 2月19日的《自然》杂志，以《中国藏匿的晶体》为题，用3页篇幅对中科院理化技术研究所陈创天院士率领的团队，发现并生长出一种最新的光学晶体———氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体进行了详细报道，并称“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强”。 　　KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域中，继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。《自然》杂志称：“其他国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩小与中国的差距。” 　　陈创天团队经过18年研究，采用“局域自发成核生长技术”，突破大尺寸KBBF晶体生长的技术瓶颈，生长出迄今为止尺寸最大的透明块状KBBF单晶，并结合他们发明的非线性光学晶体的棱镜耦合专利技术，成功制作出KBBF晶体厚度为2.3毫米的光接触棱镜耦合器件，保证了产生深紫外激光的实用性和精密化性能。这项技术为193纳米光刻技术系统中所需要的全固态光源奠定了基础。目前，该技术已获中国、美国和日本发明专利授权。 　　KBBF晶体能够缩短激光的波长，装备该晶体的各种激光器能发出具有极窄频宽的紫外光波，可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特 并可用于建造超高分辨率光电子能谱仪、超导测量、光刻技术等前沿科学研究，对未来的微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。

5月26日，据物理学家组织网报道，美国与澳大利亚科学家成功制造出世界上最小的晶体管——由7个原子在单晶硅表面构成的一个“量子点”，标志着我们向计算能力的新时代迈出了重要一步。 　　量子点(quantum dot)是纳米大小的发光晶体，有时也被称为“人造原子”。虽然这个量子点非常小，长度只有十亿分之四米，但却是一台功能健全的电子设备，也是世界上第一台用原子故意造出来的电子设备。它不仅能用于调节和控制像商业晶体管这样的设备的电流，而且标志着我们向原子刻度小型化和超高速、超强大电脑新时代迈出的重要一步。 　　澳大利亚新南威尔士大学量子电脑技术中心(CQCT)和美国威斯康星大学麦迪逊分校研究人员组成的一个联合小组在最新一期的《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上详细描述了这一发现。参与这项研究的量子电脑技术中心主任米歇尔西蒙斯(Michelle Simmons)教授说：“这项成就的重要性在于，我们不是令原子活动或是在显微镜下观测原子，而是操纵单个原子，以原子精度将其置于表面，以制造能工作的电子设备。” 　　“澳大利亚研究小组已可以完全利用晶体硅制造电子设备，我们在晶体硅上面用磷原子替换了7个硅原子，并达到了惊人的精确度。这是重大的科技成就，是表明制造‘终极电脑’(用硅原子制造的量子电脑)可行性的关键一步。”将原子置于某个物体表面的技术——扫描隧穿显微镜——已问世二十年之久。在此之前，没人能利用该技术去制造原子精度的电子设备，然后令其处理来自微观世界的电子输入。 　　西蒙斯教授说：“电子设备究竟能有多小?我们正在验证它的极限。澳大利亚的第一台电脑在1949年上市，它占据了整个房间，你只能用手拿着零部件。今天，你可以将电脑放在手掌上，许多零部件的直径甚至只是一根头发直径的千分之一。” 　　“现在我们已经展示了世界上第一台用硅材料在原子刻度下系统性制造的电子设备。这不仅对电脑用户具有特别的意义，对所有澳大利亚人来说都极为重要。过去50年来，电子设备小型化一直是驱动全球经济生产率快速增长的关键因素。我们的研究表明，这个进程仍可以继续。” 　　美澳联合研究小组的主要目标是用硅原子制造量子电脑，澳大利亚人在该领域拥有独一无二的人力资源，同时处于世界领先地位。这台新电子装置表明，实现设备在原子刻度下制造和测量的技术已经开始来临。 　　目前，商业晶体管闸极(transistor gate，该装置可令晶体管充当电流的放大器或开关)的长度约为40纳米(1纳米相当于十亿分之一米)，量子电脑技术中心的研究团队正在开发长度仅为 0.4纳米的设备。 　　西蒙斯教授指出，20年前，唐艾格勒(Don Eigler)和埃哈德施魏策尔(Erhard Schweizer)在IBM公司的阿尔马登研究中心，用氙原子造出了IBM公司的标识，这也是当时世界上最小的标识。二人利用一台扫描隧穿显微镜，将35个氙原子置于镍表面，拼出了“IBM”三个字母。 　　艾格勒和施魏策尔的研究论文发表于《自然》杂志上，他们写道：“设备小型化的基本原理是显而易见的。”二人还在论文中多次提出警告，并在最后总结说：“原子刻度的逻辑电路和其他设备的前景距离我们有些遥远。”西蒙斯教授说：“当时看似遥远的事情如今变成了现实。我们利用这种显微镜不仅可以观测或熟练操作原子，还能用7个原子制造原子精度的设备，令其在真实的环境中工作。”

据中科院网站消息，由中科院福建物构所、福建光电子材料工程技术研究中心和福建福晶科技股份有限公司联合起草的《硼酸盐非线性光学单晶元件通用技术条件(GB/T 22452－2008)》、《硼酸盐非线性光学单晶元件质量测试方法（GB/T 22453－2008）》两项标准，日前已获批，将于今年4月1日开始实施。 　　据悉，国内外目前尚无与硼酸盐非线性光学单晶元件相关的技术标准。这两项技术标准的实施将有助于提升元件的制备加工和测试的技术手段及检测水平，保证产品质量的一致性，控制产品成本，提高我国非线性晶体元件行业的整体技术水平。

据无锡高新区消息，12月15日，吴越半导体GaN晶体出片仪式在无锡高新区举行。仪式上，吴越半导体展出了全球范围内首次厚度突破1厘米的氮化镓晶体，并与君联资本、新投集团签署A轮融资战略框架协议。公开资料显示，第三代半导体GaN是由氮和镓组成的一种半导体材料，相比于硅材料，GaN具备决定性的优势。由于其禁带宽度大于2.2eV, 因此又被称为宽禁带半导体材料。有着禁带宽度大、高击穿电场、高电子饱和漂移速率、良好的耐温特性等特点。据悉，无锡吴越半导体有限公司成立于2019年，是无锡先导集成电路装备材料产业园首个落户的项目，公司专注于氮化镓自支撑衬底的开发、生产和销售。2020年2月，吴越半导体、先导集团与高新区管委会签订合作协议，在无锡高新区实施2-6英寸氮化镓自支撑单晶衬底产业化项目，项目建成投产后，可填补无锡市在第三代化合物半导体氮化镓原材料领域的空白。

【科学背景】镜像孪晶界（MTBs）指的是在MoS2等材料中，两个相邻单层晶体通过精确的60°旋转形成的镜像反射结构。这种特殊的结构不仅具有稳定性，还被理论预测具有一维电子态的特性，可能展现出与传统二维材料不同的电子传输性质。然而，过去对MTBs的研究主要局限于小尺寸晶体和非控制条件下的实验，这限制了其在实际应用中的潜力发挥。因此，韩国浦项科技大学Moon-Ho Jo教授团队联合通过确定性的外延生长，成功地实现了可扩展的MTBs结构，并验证了其作为一维金属性质的稳定性和可靠性。这一研究不仅扩展了对MTBs电子性质的理解，还为将其应用于二维电子电路中提供了新的合成途径。在研究的过程中，研究团队不仅实现了对MTBs结构的精确控制，还探索了其作为电子元件中的潜在应用，如利用MTBs作为接触和互连的可能性。通过将MTBs集成到二维场效应晶体管（FETs）中，他们成功地展示了在低功耗逻辑电路中的先进性能。【科学亮点】（1）实验首次利用位置控制的外延生长技术，在原子厚的范德瓦尔斯半导体中实现了确定性MoS2镜像孪晶界（MTBs），并将其作为一维门的局部应用。（2）实验通过简单的直流测量验证了这些MTBs在室温下作为稳健的一维欧姆导体的金属性质，证实其在单个和网络水平上的大规模应用潜力。此外，作者报道了将外延MTBs集成为原子尺度的门，构建vdW异质结场效应晶体管（FETs）的成功案例。【科学图文】图1 | 在外延范德华硫化钼MoS2 单层ML双晶中的镜像孪晶MTB。图2 | 范德华vDW MoS2 单层ML双晶中，1D外延金属网络。图3 | 通过位置控制成核设计的1D外延金属网络几何结构。图4 | 具有MoS2镜像孪晶界MTB作为1D局域栅的场效应晶体管field-effect transistors，FET。【科学启迪】在本研究中，作者首次通过位置控制的外延方法成功实现了确定性的MoS2镜像孪晶界（MTBs），这些MTBs表现出显著的一维金属性质。通过简单的直流测量，作者验证了这些MTBs在室温下作为稳健的一维欧姆导体的能力，展示了其在电路长度尺度上的金属性质。此外，作者还将这些MTBs成功集成为一维门，构建了集成的二维场效应晶体管（FETs），并在单个和阵列FETs中展示了其在低功耗逻辑电路中的优异性能。这些研究成果不仅为利用范德瓦尔斯半导体中的MTBs构建高效电子器件提供了新的合成途径，还展示了在实现大面积单晶生长方面的潜力。未来，通过更精确地控制晶体纹理的大小、位置和取向序列，作者有望进一步推动创新的二维电子电路设计，利用MTBs作为关键的接触和互连元件，从而实现更高效、更紧凑的电子器件。这些发现不仅对范德瓦尔斯材料的工程设计具有重要意义，还为下一代电子技术的发展开辟了新的可能性。原文详情：Ahn, H., Moon, G., Jung, Hg. et al. Integrated 1D epitaxial mirror twin boundaries for ultrascaled 2D MoS2 field-effect transistors. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01706-1

近日，德国SciDre高温高压光学浮区法单晶炉（HKZ系列）分别在中国科学院固体物理研究所和南昌大学顺利完成了安装调试。光学浮区法单晶生长工艺具有无需坩埚、无污染、生长快速、易于实时观察晶体生长状态等诸多优点，有利于缩短晶体的研究周期并加快难以生长晶体的研究进展，非常适合晶体生长研究，近年来备受关注，现已被广泛应用于各种超导材料、介电和磁性材料以及其它各种氧化物及金属间化合物的单晶生长。 图1：现场安装培训 图2：现场安装培训 目前，高熔点、易挥发性材料的浮区法单晶生长是一大棘手问题，德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉成功地克服了这一技术难题。HKZ可提供高达3000℃以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300bar。HKZ的诞生进一步优化了光学浮区法单晶炉的生长工艺条件，使得高熔点、易挥发性材料的单晶生长成为了可能。图3：德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉技术特色：◆ 能够同时实现高压力300bar大气压（选配）和高温度3000℃（选配）；◆ 能够分别立控制不同气体的流速和流量，能够实现样品生长的气体定速定量混合反应；◆ 在保持灯泡输出功率恒定的情况下，采用调节光阑（shutter）的方式对熔区进行控温，从而能够有效延长灯泡使用寿命；◆ 能够针对不同温度需求采用不同功率的灯泡，从而对灯泡进行有效利用，大化灯泡使用效率和寿命；◆ 拥有丰富的功能选件可进行选择和拓展，包括熔区红外测温选件、高1×10-5mbar的高真空选件、实现氧含量达10-12PPM的气体除杂选件、对长成的单晶可提供高压氧环境退火装置选件。图4：德国SciDre公司HKZ系列高温高压光学浮区法单晶炉原理示意图 Quantum Design 团队在中国科学院固体物理研究所和南昌大学进行的德国SciDre高温高压光学浮区法单晶炉（HKZ系列）的安装调试工作受到了客户和制造商的一致好评。我们也祝愿广大Quantum Design用户科研顺利！