項(xiàng)目名稱： 原子團(tuán)簇和團(tuán)簇組裝的奇特結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的研究

推薦單位： 教育部

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目屬原子分子物理與凝聚態(tài)物理的交叉學(xué)科。

原子團(tuán)簇是由幾個(gè)至上萬(wàn)個(gè)原子或分子組成的細(xì)小體系，具有一系列與尺寸相關(guān)的奇特結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，而以團(tuán)簇為基元制備具有量子性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)成為當(dāng)前納米科學(xué)技術(shù)熱點(diǎn)之一。本項(xiàng)目自1985年起，在原子團(tuán)簇和團(tuán)簇組裝的制備、結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。取得了一系列具有國(guó)際影響的創(chuàng)新成果。主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)有：

發(fā)現(xiàn)了濺射離子簇的同位素效應(yīng)，證明團(tuán)簇形成與構(gòu)成簇的同位素性質(zhì)有關(guān)，發(fā)展了過(guò)渡金屬團(tuán)簇電離勢(shì)的有效配位數(shù)理論，建立了過(guò)渡金屬團(tuán)簇經(jīng)歷金屬-非金屬、磁性-非磁性轉(zhuǎn)變的尺寸方程；

觀察到硅團(tuán)簇的表面振動(dòng)模及其量子特性，鍺團(tuán)簇組裝膜由量子限制效應(yīng)引起的帶隙展寬及紫、藍(lán)色光致發(fā)光，氟化鋰團(tuán)簇多階拉曼散射及聲學(xué)聲子增強(qiáng)效應(yīng)；

用低能團(tuán)簇束流制備了多種金屬團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)，在支撐金團(tuán)簇形成的層狀納米結(jié)構(gòu)膜中發(fā)現(xiàn)多道共振隧穿及其與團(tuán)簇?cái)?shù)目和團(tuán)簇組成結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，觀察到鈀團(tuán)簇構(gòu)成納米固體界面的遷移效應(yīng)和在隧道電流作用下團(tuán)簇由無(wú)規(guī)向有序排序；

以團(tuán)簇為基元或前驅(qū)物，發(fā)展了一系列制備功能氧化物團(tuán)簇和納米絲的新方法，不僅可制備得大量廉價(jià)氧化物團(tuán)簇，還制得無(wú)缺陷的氧化鈦單晶納米絲和氧化亞銅納米線；

揭示了金屬原子線由原子鏈狀向晶態(tài)的演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)超細(xì)原子線呈螺旋多殼結(jié)構(gòu)。由非晶向晶態(tài)轉(zhuǎn)變是由線芯開(kāi)始的；

在實(shí)驗(yàn)上觀察到包裹團(tuán)簇的納米噴射及其尺寸效應(yīng)。

這些成果不僅豐富了團(tuán)簇物理的基礎(chǔ)理論，而且為以團(tuán)簇為基元研制新型納米材料和量子器件開(kāi)辟了新途徑。本項(xiàng)目發(fā)表的62篇SCI主要學(xué)術(shù)論文已被SCI他引1245篇次。10篇代表性論文被SCI論文正面他引330篇次(其中包括11篇綜述論文)，單篇引文達(dá)89篇次，并被8本外國(guó)專著成段引用。主要完成人在國(guó)際會(huì)議作邀請(qǐng)報(bào)告10次，應(yīng)國(guó)際學(xué)術(shù)刊物和專著邀請(qǐng)撰寫綜述論文4篇，主持召開(kāi)第十二屆"小顆粒與無(wú)機(jī)團(tuán)簇國(guó)際大會(huì)(ISSPIC-12)"(2004年)。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： 1、核心發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

（1）發(fā)現(xiàn)了濺射離子簇的同位素效應(yīng)，證明團(tuán)簇的形成與構(gòu)成簇的同位素性質(zhì)有關(guān)。發(fā)展了過(guò)渡金屬團(tuán)簇電離勢(shì)的有效配位數(shù)理論，建立了過(guò)渡金屬團(tuán)簇經(jīng)歷金屬-非金屬、磁性-非磁性轉(zhuǎn)變的尺寸方程。[代表論文4、6、7][原子分子物理學(xué)其他學(xué)科]

（2）首先觀察到硅團(tuán)簇表面振動(dòng)模及其量子特性，發(fā)現(xiàn)鍺團(tuán)簇具有準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)模式和高的極化率，觀察到鍺團(tuán)簇組裝膜由量子限制效應(yīng)引起的帶隙展寬及紫光到藍(lán)光區(qū)的光致發(fā)光，氟化鋰團(tuán)簇的多階拉曼散射及聲學(xué)聲子增強(qiáng)效應(yīng)。[代表論文1，8][原子分子物理學(xué)其他學(xué)科]

（3）用低能團(tuán)簇束流制備了多種金屬團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)，獲得支撐金團(tuán)簇形成的層狀的納米結(jié)構(gòu)膜并觀察到多道共振隧穿，發(fā)現(xiàn)其與團(tuán)簇?cái)?shù)目和團(tuán)簇組成的結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。觀察到鈀團(tuán)簇構(gòu)成納米固體的界面遷移效應(yīng)以及在隧道電流作用下團(tuán)簇由無(wú)規(guī)向有規(guī)排序。[代表論文5][原子分子物理學(xué)其他學(xué)科]

（4）發(fā)展了一組制備氧化物團(tuán)簇和納米絲的新方法，不僅可制備廉價(jià)氧化物團(tuán)簇，而且制得完美的氧化鈦單晶納米絲和氧化亞銅納米線，觀察到氧化錫納米粒子紅外寬帶吸收。[代表論文9、10][低維物理學(xué)]

（5）揭示了金屬原子線由原子鏈狀向晶態(tài)的演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)超細(xì)原子線呈螺旋多殼結(jié)構(gòu)，當(dāng)直徑增加到3nm，轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc結(jié)構(gòu)，而且這種由非晶向晶態(tài)轉(zhuǎn)變及熔化行為均是從線芯開(kāi)始，其電磁性質(zhì)不僅與尺寸有關(guān)而且與結(jié)構(gòu)有關(guān),存在"幻數(shù)"效應(yīng)。[代表論文2][原子分子物理學(xué)其他學(xué)科]

（6）首次在實(shí)驗(yàn)上直接觀察到包裹團(tuán)簇的納米噴射及其尺寸效應(yīng)。[代表論文3][原子分子物理學(xué)其他學(xué)科]

主要完成人： 王廣厚

課題負(fù)責(zé)人，主持了全部的研究工作。提出該項(xiàng)目的總體實(shí)驗(yàn)方案、理論模型和主要學(xué)術(shù)思想，指導(dǎo)課題組對(duì)原子團(tuán)簇和團(tuán)簇組裝體系的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)開(kāi)展深入系統(tǒng)的研究。帶領(lǐng)課題組自行設(shè)計(jì)和研制成功多臺(tái)團(tuán)簇束流實(shí)驗(yàn)裝置。對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，2，3，4，5，6 作出了貢獻(xiàn)。以上工作占完成人工作量80％以上。

韓民

從1989 年起即參加本項(xiàng)目的研究，研究低能團(tuán)簇束流淀積技術(shù)制備團(tuán)簇點(diǎn)陣和納米結(jié)構(gòu)的機(jī)理和方法，尤其是在團(tuán)簇束流裝置的研制中發(fā)揮骨干作用，研究了鍺團(tuán)簇膜的制備方法、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2,3,6 作出了貢獻(xiàn)。以上工作占完成人工作量80％以上。

趙紀(jì)軍

從事金屬團(tuán)簇結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，提出過(guò)渡金屬團(tuán)簇電離勢(shì)和磁矩的有效配位數(shù)模型，建立過(guò)渡金屬團(tuán)簇經(jīng)歷金屬－非金屬、磁性－非磁性轉(zhuǎn)變的臨界尺寸方程，為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)并獲應(yīng)用。對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，3 和5 作出了貢獻(xiàn)。以上工作占完成人工作量70％左右。

劉峰奇

開(kāi)展了團(tuán)簇組裝結(jié)構(gòu)的拉曼散射研究，特別是以多孔硅為襯底，將Si 團(tuán)簇以軟著陸方式嵌入多孔硅基體中，得到準(zhǔn)自由硅團(tuán)簇表面模的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2 做出了貢獻(xiàn)。以上工作占完成人工作量60％左右。

王保林

運(yùn)用遺傳算法和分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法研究金屬原子線的原子和電子結(jié)構(gòu)及其隨尺寸的演變規(guī)律，得到金原子線由原子鏈狀到多層圓柱殼直至晶態(tài)的生長(zhǎng)序列，對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)5 作出了貢獻(xiàn)。以上工作占完成人工作量60％以上。