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标题: 探索在量子领域前沿 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2007-6-6 07:38
标题: 探索在量子领域前沿
访“IT前沿中的固态量子结构，量子器件及其集成技术”项目组

科技日报实习生：姜靖

首席：郑厚植院士

时间：2007年5月25日地点：中国科学院半导体所

　　入夏以来的第一个桑拿天，笔者赶到位于北四环外的半导体所，早已是汗流浃背。

　　对于即将要进行采访的973计划“IT前沿中的固态量子结构，量子器件及其集成技术”项目，虽然之前作了一定准备工作，但拿着项目首席郑厚植院士院士递过来的一叠厚厚的材料，笔者仍然感觉像天书一般，郑院士只怕要从头开始科普———

　　记者：郑院士，您好！您能不能先简单给我们介绍一下这个项目？

　　郑厚植：在说这个项目之前，我想先介绍一下当时的立项背景，这有助于大家很好的理解这一项目的意义。新旧世纪交替之际，纳米科技异军突起，受到全世界的关注。世界各主要国家均把纳米科技当作在未来最有可能取得突破的科学和工程领域。美国为此制定了“国家纳米技术战略”，克林顿总统还在加州理工学院发表了一篇脍炙人口的演讲，呼吁美国国会给国家纳米技术计划拨款4.97亿美元，将这场高技术争霸战推到了白热化的程度。

　　对此，我国政府有关部门也给予了高度的重视，科技部正式批准了成立国家纳米科技中心和国家纳米技术产业化基地的计划等。在我们看来，当国家组织人力、财力和物力，准备积极参与攻占纳米科技制高点的竞争时，纳米科技战略规划和布局的制定就显得十分重要。

　　记者：我了解到咱们这个课题是研究量子的，跟纳米科技有什么关系？

　　郑厚植：大家知道，纳米，是一个非常小的长度单位。1纳米等于0.000000001米。为什么要研究这个尺寸的东西呢？因为物体的尺度变得很小，也就是100纳米以下时，它的物理性质会发生显著的变化，不再能用经典物理的知识去理解，只能用量子理论来理解。一句话，当物质的尺寸达到纳米级数时，就会表现出明显的量子特性。

　　记者：咱们的项目具体研究什么呢？

　　郑厚植：由于这个课题是前沿基础领域的研究，很难用通俗的语言表达，恐怕至少具备大学物理的知识背景，才可能有所领会（笑）。我们知道计算机的发展趋势是运算速度越来越快，信息存储量越来越大，集成度越来越高，单元器件也就变得越来越小。当器件尺度小到可与“电子波”的波长相比时，就像当光学谐振腔的尺寸小到可与波长相比时光的传播模式会发生很大变化一样，器件内的电子状态也将从经典行为向量子行为变化。这种变化既给现有的集成技术带来了困难和挑战，又为人们提供了发明全新原理器件技术的新机遇。我们项目的科技目标是瞄准后者。

　　我们的研究主要涉及三个方面。第一个是受限光子、电子体系中的新量子物理现象及其器件应用；第二个是量子结构中不同信息载体，例如电荷、自旋和波函数的动力学过程；第三个是量子结构、量子器件的物理原理和器件制备工艺与集成方案等量子结构、量子器件的基础研究方面，或者从理论、物理、器件、先进技术不同的侧面，或者从半导体所量子结构、纳米、分子不同层次的量子器件，或者选择不同材料的量子体系。目的是要掌握能实现跨跃式发展的新一代半导体器件技术。

　　记者：咱们这一项目取得了哪些成果呢？

　　郑厚植：我们这个项目是由中科院半导体所、物理所、中国科技大学、复旦大学和南京大学等单位合作完成的。通过各课题组密切合作，我们在新原理量子器件、微腔探测器阵列、紫外日光盲探测器以及量子点激光器等方面取得了一系列创新性成果。项目执行期间共发表SCI论文600余篇，其中在国际顶尖级学术刊物:Science1篇、Phys.Rev.Lett.15篇、其他国际权威期刊500余篇，申请/获得国家发明专利100余项，荣获国家自然科学二等奖4项，省部级科技奖3项。

　　记者：在量子器件集成方面有哪些突出成就，您能详细介绍一下吗？

　　郑厚植：我们研制出航天航空遥感用短波、中波、长波等xxx×xxx元、xxxx×1元以及中波xxxx×1元推扫型长线列焦平面集成组件，获得了高分辨率演示成像，超出了预定指标。这使我国成为继美国和法国之后，第三个具有制备该类器件能力的国家。为此，关于“碲镉汞薄膜的光电跃迁及红外焦平面材料器件研究”获得2005年国家自然科学二等奖。研制成功硅基碲镉汞分子束外延及其红外焦平面列阵，使我国进入了国际的前列。目前，在国际上只有美国洛克威尔研究中心等少数两三个实验室能够实现。

　　记者：那微腔探测器阵列方面呢？

　　郑厚植：我们所完成的探测1.06μm辐射的微腔增强型可调谐探测器32×2列阵的外量子效率提高到大于80%%，高于目前国际所报道的最高水平。

　　记者：能不能再介绍一下紫外日光盲探测器方面的成就？

　　郑厚植：我们使64×64日光盲GaN紫外探测器阵列（正照射）的峰值响应度达到0.20A/W，超出预定目标，并且为目前国际上同类器件报道的最好结果。同时又研制成功32×32可见光盲GaN基紫外探测器阵列（带有读出电路，响应截止波长约为365nm）初步实现了凝视成像。

　　记者：最后再跟我们说说量子点激光器方面的情况吧？

　　郑厚植：我们相继研制成功室温连续基态激射1.33微米量子点激光器；国际上第一支GaInAs(NSb)/GaAs单量子阱1.59微米室温连续激射激光器和GaInAs(N)/GaAs多量子阱1.55微米谐振腔增强光电探测器RCE-PD。引起了国际同行的高度关注。

　　我刚才所谈的这些量子器件技术的突破和进一步开拓将满足国家战略高技术对高性能光电器件的迫切需求。

　　记者：说到这里，可能很多读者就好奇了，咱们这个课题研究成果可以应用到哪些领域呢？能不能举个例子？

　　郑厚植：刚才我也说过了，我们这个项目属于前沿基础研究，相对于其他研究来讲，我们的研究跟大家的生活联系不是很直接，不像有些领域，信手拈来都可以给你说出好多身边的例子。但是，我们的研究成果都与国家的重大需求密切相关。

　　简单跟你讲，我们这个研究其中许多研究工作在基础研究本身就具有重要的意义，并且在国际学术界产生了重要的影响。更重要的是不少工作或者为器件研制提供了直接指导和解决方案，或者演示了新的器件原理，或者为今后运用新物理效应研制新原理器件乃至量子器件提供了丰富的科学积累。这些成果对从源头上提高我国器件技术的创新能力有着重要意义。相信有一天中国科学家会发明有重要意义的半导体器件，改变迄今为止所有重要半导体器件均是由外国人发明的格局。

　　记者：有人说，量子器件为将来的量子计算机技术奠定了基础，您同意这种说法吗？

　　郑厚植：只是说有可能，但距离研制出量子计算机，还有一定的距离。

　　记者：在这几年的研究过程中，您有什么感想？有什么困难和建议吗？

　　郑厚植：困难肯定有，搞科学研究不可能没有困难。没有困难就不叫科研了。

　　不过我倒愿意谈谈我的一点建议。973作为国家重点基础研究发展规划项目，突出创新性研究无疑是正确的。但是创新的思想、原理和技术路线一般不是在立项时就能确认的，而是要在项目执行期的科学实践中去体现。在项目立项论证中要讲清楚创新性的做法是不符合认识论的，而且也是在事实上助长浮夸作风。这种做法给以科研人员的压力是在束缚他们创新的意识和胆色，希望有关方面重视这种政策导向的负面效应。

　　■编者按

　　新旧世纪交替之际，纳米科技异军突起。世界各主要国家均把纳米科技当做在未来最有可能取得突破的科学和工程领域。而当物质的尺寸达到纳米级数时，就会表现出明显的量子特性，于是，量子科学的发展愈加受到关注。

　　973计划“IT前沿中的固态量子结构，量子器件及其集成技术”项目是“前沿基础领域的研究，很难用通俗的语言表达。”首席科学家郑厚植院士这样解释，“计算机的发展趋势是运算速度越来越快，信息存储量越来越大，集成度越来越高，单元器件也就变得越来越小。当器件尺度小到可与‘电子波’的波长相比时，就像当光学谐振腔的尺寸小到可与波长相比时光的传播模式会发生很大变化一样，器件内的电子状态也将从经典行为向量子行为变化。这种变化既给现有的集成技术带来了困难和挑战，又为人们提供了发明全新原理器件技术的新机遇。我们项目的科技目标是瞄准后者。”

作者: hx0999 时间: 2007-6-7 08:52
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