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NSSC 2019召开——顶尖院士专家领衔群议石墨烯/器件纳米技术前沿

仪器信息网 2019/08/07 19:26:23 点击 845 次
默克工艺
[导读] 8月5-6日,津京冀纳米科学青年科学家论坛在天津大学召开。汪正平院士、Walter A. de Heer教授等多名石墨烯、器件领域世界顶尖科学家与国内青年科学家共同探讨石墨烯、电子学器件及纳米技术的前沿科学。

  仪器信息网讯 2019年8月5-6日,由天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心(TICNN)主办的津京冀纳米科学青年科学家论坛(NSSC 2019)在天津大学如期召开。会议邀请到多名石墨烯、器件相关领域世界顶尖科学家与国内青年科学家,大家齐聚一堂,不分国界,共同探讨石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件的研发、物理机制及纳米技术的前沿科学问题和未来发展方向。

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论坛现场

  天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的本次论坛活动,得到多位顶尖科学家参加,包括美国佐治亚理工学院董事教授、美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士、香港科学院创院院士,被业界广泛誉为“现代半导体封装之父”的汪正平教授;美国佐治亚理工学院董事会教授、石墨烯电子学的开拓者和奠基人Walter A. de Heer教授等。

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天津大学纳米中心执行主任马雷教授主持会议

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美国佐治亚理工学院董事教授汪正平

演讲题目:Composition Tuned Hybrid Perovskites: From Materials Engineering & Device Design for Efficient,Stable Perovskite Solar Cells

  钙钛矿太阳能电池组成包括钙钛矿结构化合物等。钙钛矿材料如甲基铵卤化铅和全无机铯铅卤化物,生产成本低,制造简单。

  (1)在传统的顺序沉积中,致密的PbI2薄膜可能阻碍MAI溶液在整个PbI2薄膜上的扩散,从而导致钙钛矿和TiO2之间界面中未反应的PbI2残留。为解决PbI2残留问题,汪正平团队开发了一种合成多孔PbI2薄膜的新方法。从PbAc2和MAI的前体开始,摩尔比1:2,在加热条件下释放热不稳定的CH3NH3(CH3COO),从而由于体积收缩而在PbI2膜中产生孔隙。加载MAI溶液后,p-PbI2将改善PbI2向钙钛矿的转化。

  (2)另外,spiro会引起不稳定,也是这种器件结构中最昂贵的材料。研究人员已经做出一些努力来开发新的HTL来代替spiro,它主要分为两类:合成更新的有机材料和开发低成本的无机材料。然而,复杂的合成过程可能阻碍有机材料的大规模生产。另一方面,含有PbS和CuI HTL的PSC存在低效率的问题,并且CuSCN可以与钙钛矿反应。在这方面,汪正平团队提出一种替代的p型材料:NiO。低温溶液处理的NiOx HTL可以显着提高整个器件的稳定性。

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天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心、美国佐治亚理工学院董事会教授Walter A. de Heer 

演讲题目: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关键领域(速度、能源效率和器件密度)成功替代硅电子技术。高目标的定位向世界上最先进的技术提出了挑战,显然需要很长的时间才能实现。从一开始,佐治亚理工学院的石墨烯项目(在石墨烯剥离之前的几年)的开拓性工作就专注于这一目标,并取得了系列成功。它是唯一符合可行纳米电子平台最基本要求的石墨烯电子平台:它必须基于单晶衬底,并且工艺必须是可扩展的。这些条件是超高规模集成和再现性所必需的,正如过去70年硅电子产品奇迹般的发展所表明的那样。

  事实上,外延的缺乏最终导致剥落的纳米图案器件是绝缘体,而外延石墨烯纳米结构可以在微米尺度上弹射,即使边缘在结晶学上不完美。报告中,佐治亚理工学院Walter A. de Heer团队,与天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心马雷团队合作,在SiC的非极性面上的外延石墨烯的发展,其具有与在碳化硅中蚀刻的沟槽的侧壁上生长的石墨烯纳米带非常类似的边缘状态传输特性。电子传输由单通道边缘状态支配,平均自由程超过15μm,是石墨烯层的约1000倍。观察到涉及边缘态的异常量子霍尔效应。同时,天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的石墨烯小组,在近期已经实现了从碳化硅晶柱到300微米晶体的全套工艺流程。

  非极性外延石墨烯平台允许相互连接的纳米结构按照传统模式形成一维网络。在低温下,法布里 - 珀罗振荡明显,表明在很大距离上的相位相干性可以用于未来互连的相位相干器件。尽管传输的物理性质尚未完全了解,但很明显,这一发现为非传统石墨烯纳米电子技术提供了一条独特而可行的途径。

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天津大学李小英教授

演讲题目:SU(1,1) nonlinear interferometer and its Application

  近年来,一种新型的非线性干涉仪(NLI)引起了人们的广泛关注。与传统干涉仪不同,NLI利用光参量放大器进行波的分裂和组合。结果表明,NLIs在许多方面都优于传统干涉仪。特别地,非线性光学过程对波混合的参与允许不同类型的波的相干叠加。这种混合方式是传统干涉仪无法实现的,传统干涉仪的相干组合依赖于线性分束器。李小英介绍NLIs在原子自旋波、光波、声波等各种波中的性质,以及在量子计量、量子信息和量子态工程中的应用。

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奥地利约翰开普勒大学孙立东副教授

演讲题目:Real Time Monitoring of the Growth of Nano-Structures

  差示光谱学是一种用于探测表面和界面结构的通用技术。相比传统表面分析技术,这种技术具有表面敏感、非破坏性、不受真空条件的限制等优势。因此,这些方法非常适合于各种环境条件下的地表过程的原位研究。报告中,孙立东讨论了差示光谱学技术在监测和精确控制包括金属团簇、有机薄膜和二维过渡金属双卤代烷在内的纳米结构中的应用。最后,还介绍了荧光显微镜作为实时监测有机薄膜生长的原位探针的新应用。

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韩国帕克原子力显微镜副总裁Sang-Joon Cho 

演讲题目:Non-contact AFM with Self-Optimizing and Pinpoint Scan Control for Quantitative Nano-Metrology

  与光镜、电镜等显微镜相比,原子力显微镜(AFM)测量绝对尺寸时缺乏准确性和重复性、操作参数设置的复杂等限制了其被广泛采用。然而,由于研究和表征创新纳米材料的强烈需求,AFM分析的重要性日益增加。非接触模式AFM,采用前馈算法、Hann函数和双伺服系统,提高了x-y扫描的精度,保持了尖锐的尖端,针对非接触模式的扫描参数,帕克原子力显微镜开发了自优化算法,很大限度地减小了用户技能变化和用户对AFM测量的影响。此外,精确扫描控制可最大限度地减少磁性和电气测量的地形影响,并有助于定量表征纳米材料。Sang-Joon Cho在报告中演示了生物材料的定量纳米力学映射,以及半导体和光伏材料的纳米电子映射。表明,AFM的定量分析为控制材料各方面的发展开辟了新的途径,有助于提高效率、降低失效和成本。

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复旦大学包文中教授

演讲题目:Wafer-Scale Devices and Circuits Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides

  广泛研究的TMDs材料,如MoS2和WSe2,由于其二维特性和良好的电子输运特性,可通过大规模的合成方法获得,非常稳定,并具有优越的门控性能,显示了数字和射频电子的光明前景。报告中,包文中首先介绍了大规模控制合成MoS2, MoTe2和PtSe2的各种方法,以及为实际电子应用实现晶片级,均匀和高质量连续薄膜必须克服的主要障碍。并重点讨论了晶圆级TMD薄膜的兼容器件制造工艺,主要是关于场效应晶体管的电接触层和介电层的形成。

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日本产业技术综合研究所前副所长Kiyoshi Yokogawa 

演讲题目:Application of SPM for Surface Science

  由于利用扫描探针显微技术(SPM)在原子尺度上表征表面结构的创新工作,Bennig和Rohrer于1986年获得诺贝尔物理学奖。该方法为纳米技术的建立奠定了基础。Kiyoshi Yokogawa介绍了其实验室利用SPM在表面科学中的应用:1)新碳——利用STM方法在大气中发现了由六边形和五边形组成的热处理富勒烯碳五边形,并发现了碳的新表面相石墨的环状上层结构;2)特高压下金属表面清洁——通过UHV-STM观察到Nb的1x1结构,即干净的表面,只有这样才能制造出干净的表面,因为Nb是非常活跃的氧或氢的金属。在清洁表面后,喷射氢气,观察气体对表面的影响;3) MFM的金属相——应变诱发的马氏体是HE形成的原因,但在电镜下不易识别,因此使用MFM对该相进行观察,发现双晶界处形成了马氏体,从而引起HE。

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日本丰田工业大学Masamichi Yoshimura教授

演讲题目:Alcohol Assisted Thermal Reduction of Graphene Oxide

  通过还原氧化石墨烯(GO)制备石墨烯是一个快速发展的研究领域,因为它能够大量生产石墨烯以用于广泛的应用。然而,由于GO的固有缺陷,利用GO制备原始石墨烯类材料仍然有许多挑战。到目前为止,有很多相关克服挑战的研究工作,如在非常高的温度下退火(约1800摄氏度),或在外部碳源存在下还原等。Masamichi Yoshimura介绍了在醇存在下GO(通过改进的Hummers方法合成)的退火导致石墨烯,或更精确地恢复还原的氧化石墨烯(RGO),具有改善的电性质。

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南开大学何明教授

演讲题目:High Temperature Superconducting Microwave Devices and Systems

  高温超导器件和系统具有插入损耗低、噪声低、选择性高等优点,具有较高的灵敏度和抗干扰性能。它们在无线通信、国家安全、医学、材料科学、卫星通信等诸多领域有着广泛的应用。目前,高温超导微波接收机前端子系统已成功应用于深空探测、卫星通信、雷达系统等领域。何明介绍了薄层超导薄膜、高温超导滤波器及其在微波系统中的应用进展。还分享了高温超导微波系统的小型化及单芯片集成技术等。

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云南大学杨鹏教授

演讲题目:Few Layered PtS 2 and its Properties

  近年来,MoS2和WS2(Group 6)等层状过渡金属二卤代烃(TMDs)的研究取得了很大的进展。然而,对于属于其他TMDs的研究却很少。杨鹏报告中介绍到,采用化学气相沉积法制备了大面积少层析的pt2(Group 10)。然后分别用原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、极化拉曼光谱(偏振拉曼光谱)、光致发光(PL)、场效应晶体管(FET)和范德堡(van der Pauw)等方法对这些层数较少的PtS 2进行了表征。结果表明,pt2具有很高的载流子迁移率和温度依赖性拉曼光谱,在先进的光电器件中具有潜在的应用前景。(实验过程,得到天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心相关表征设备的协助)

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  天津大学孙志祥副教授

  演讲题目:Nanoscale Defect Effects in Sr2IrO4 Probed by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy

  Sr2IrO4作为莫特绝缘体与铜酸盐的母体化合物具有许多相似之处。有许多预测认为适当掺杂可能会产生高温超导相。然而,缺陷/掺杂诱导绝缘子向金属过渡(IMT)的机理还有待进一步研究。报告中,孙志祥介绍了利用低温扫描隧道显微镜针对Sr2IrO4的相关研究,利用原子分辨表面形貌,识别出不同类型的内在表面缺陷。在隧穿光谱中还观察到电荷转移行为。同时,通过比较其他类似化合物的结果,也讨论了IMT的一般机理。

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首都师范大学王贺

演讲题目:Ferromagnetic Tip Induced Unconventional Superconductivity in Weyl Semimetal

  王贺于2016年在北京大学获得博士学位,随后在天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心马雷教授团队进行博士后工作,2018年加入首都师范大学。本次报告内容主要介绍了其博士和博士后期间的相关研究内容。外尔半金属表面诱导超导性为研究拓扑超导性提供了一个很有前途的平台,这是目前凝聚态物理研究的一个热点。通过实验发现,在TaAs单晶中,铁磁尖的硬点接触法可以诱导非常规的超导性。铁磁尖诱导超导态的磁输运测量显示出量子振荡,揭示了点接触的拓扑性质,并显示出铁磁与诱导超导态的相容性。进一步证明显示,铁磁尖诱导的超导态隧穿输运的点接触谱可以用拓扑超导机制来解释。考虑到新型超导电性外尔半金属材料在实验中难以实现,研究结果为通过硬点接触法将拓扑半金属材料与铁磁性材料结合起来研究非常规超导电性提供了一条新的途径。

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帕克原子力显微镜美国分部总裁Keibock Lee 

  Keibock Lee简单分享了帕克原子力显微镜公司“Enable nanoscle advances for the betterment of our world”的愿景,公益基金方面,除了Park AFM Scholarships奖学金,还透露即将面向年轻教授推出Startup Professorship Award。

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会上讨论

  继会议首日13个精彩报告后,会议第二日,接着进行了16个主题报告,继续就石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件等纳米科学问题进行了进一步讨论。

  本次会议,由于正值天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心(以下简称:TICNN)全面运行一周年之际。于是,会议间隙,在马雷老师的讲解下,与会者共同参观了纳米中心,切身体会到纳米中心一年来的建设成果。

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纳米中心参观花絮一

  天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心由天津大学于2015年10月批准建立,次年,马雷教授回国全身心投入到中心的建设。2018 年 7 月 22 日,TICNN正式全面运行。与传统研究中心不同,天津大学纳米中心在整个创建过程中,实现了诸多原创性仪器设备的搭建,并形成一系列自主知识产权。中心目标为力求建设成为世界一流的石墨烯电子学、团簇物理学和柔性电子学的国际化研究平台。三个主要研究方向分别为外延石墨烯电子学,团簇物理学,先进功能性碳材料及柔性可穿戴电子学。

  在短短一年时间里,在马雷老师的带领及其团队的共同努力下,纳米中心现已建设成为功能日益完善的国际化研究中心,纳米中心各类大型实验设备的调试安装已经进入尾声,在为校内外科研同行提供了丰富便捷的公共测试服务的同时,实现了设备仪器与技术工艺的全面共享。其次,纳米中心自主设计并建造了 3 套自由团簇研究系统用以深入系统地研究自由团簇的电子结构、高激发态寿命及其内壳层的电子结构......

  更多关于“天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心”的建立背景、快速发展现状,请点击以下视频全面了解:

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纳米中心参观花絮二

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Coffee Break 

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合影留念

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