湖南大学教授潘安练访问合肥研究院固体所,潘安练科研团队在低维半导体能带调控研究方面取得突破性重要进展

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11月27日,湖南大学教授潘安练应邀访问中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所,并作了题为《低维半导体结构能带调控及光子特性研究》的学术报告。
在报告会上,潘安练主要介绍了课题组近年来利用化学气相沉积方法在低维半导体能带调控方面的代表性工作。首先,他们对传统CVD设备进行改进,利用步进电机准确控制前驱物的位置以及进入温区的速度,从而实现对样品成分的精确设计和调控。潘安练团队利用该装置,通过缓慢改变前驱物的位置,成功获得了硫化镉/硒化镉两种半导体材料沿着纳米线方向梯度分布的复合半导体纳米线,实现了对半导体纳米线能带的梯度调控;通过瞬时改变前驱物的位置,成功获得了两种半导体的异质结纳米线和具有P-N结的纳米线。类似地,他们还实现了二维半导体纳米带在横向方向的成分和半导体能带调控。借助这些能带调控技术,对相关基本科学问题进行了系统深入的研究,发展了一套可控合成半导体异质纳米结构的普适方法,实现了多种新型半导体异质结构可控生长及在光信息器件上的应用。报告结束后,潘安练与师生进行了充分的交流讨论。
潘安练现任微纳结构物理与应用技术湖南省重点实验室主任,湖南大学物理与微电子科学学院副院长。2006年在中科院物理研究所取得博士学位,随后在德国马普微结构物理所、美国亚利桑那州立大学电子工程系从事访问研究,2010年初回湖南大学工作。他在低维半导体能带调控方面的成果得到Science
Daily
等多家国际学术机构的高度评价,其中宽带可调谐激光芯片研究被英国物理出版局评价为“实现激光调谐纪录”,原子晶体横向异质结构可控合成相关研究被Nature
Mater
.以“平面外延生长的完美匹配”为标题亮点报道。以第一作者或通讯作者在Nature
Nano.,Chem. Soc. Rev.,Phy. Rev. Lett,J. Am. Chem. Soc.,Adv.
Mater.,Nano
Lett.
等国际顶级期刊上发表论文70余篇(影响因子大于10的有19篇),合作发表论文140余篇,以第一完成人获湖南省自然科学一等奖及湖南省青年科技奖。先后入选新世纪优秀人才、湖南省杰青、“芙蓉学者”特聘教授和国家杰出青年基金等人才计划,主持973子课题、国家自然科学基金、省创新研究群体基金等多个项目研究。在国际学术会议上作邀请报告30余次,主持会议20余次,并受邀组织美国材料学会(2014
MRS Fall
Meeting)半导体纳米线分会、中德纳米光子与光电子双边研讨会等国际会议,担任多个国际学术期刊的编辑、编委或特邀编辑。

我校物理学院潘安练教授科研团队近日通过改进的技术途径成功制作出红外异质结构纳米线,并实现了可在室温工作的近红外通信光波段的探测器(Nano
Letters 2014,14,
694)。最近,他的博士生任品云等又通过一种离子交换辅助的能带调控新方法,成功实现了组分完全可调的高质量铟磷砷合金纳米线的可控制作,并首次利用该结构构建了室温工作的宽带可调谐红外光探测器,相关结果已发表在最近的材料界顶级学术期刊《先进材料》上。

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半导体是现代信息技术革命的材料基础。半导体能带是半导体光吸收、发射和传播器件的物理基础,其能带调控是实现高性能光发射、探测、显示及光伏器件的基础。基于传统块体材料的器件具有尺寸大、能耗高等缺点,无法在高密度、大规模集成器件得到广泛应用,于是新型低能耗、可集成的微纳米尺度半导体结构,已被认为是构建新型集成光电子器件的基本功能单元。
多年来,我校潘安练教授一直致力于低维半导体纳米结构的能带调控研究,在新型半导体微纳结构的可控合成、器件设计与制作等方面积累了大量经验,先后成功实现了可见光范围内光发射波长完全可调谐的系列新型一维半导体纳米结构,并在此基础上设计并制作出多种集成光电子器件。在前期研究的基础上,最近潘教授把研究的重点放到了红外光响应纳米结构及二维原子晶体半导体材料的能带调控研究上。
前人虽然报道过很多纳米光探测器,但它们的工作波段大多局限在可见光,可集成的纳米尺度红外光探测器一直很少有报道。实现纳米红外光探测器的主要技术瓶颈是很难实现高质量的组分可控的窄带隙半导体纳米材料。此次潘安练教授和他的学生通过改进的技术途径成功制作出红外异质结构纳米线,并实现了可在室温工作的近红外通信光波段的探测器,这是在低维半导体能带调控研究方面取得的突破性进展。
另外,二维晶体材料特别是以硫化钼、硫化钨、硒化钼和硒化钨为代表的二维半导体材料研究,在信息光电子研究领域受越来越广泛的关注。最近潘安练教授在与俞汝勤院士以及美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等团队的合作下,将低维半导体纳米结构能带调控技术扩展到了二维原子晶体体系,首次实现了组分完全可调的硒硫化钼原子层合金以及硫化钼/硒化钼、硫化钨/硒化钨异质结构的可控生长。这一技术突破将为二维原子晶体半导体材料实现在新型光电器件中的应用铺平了道路。相关成果刚发表在《自然·
纳米技术》和《美国化学会志》等国际顶级学术期刊上。
本项目得到了国家自然科学基金,科技部国家重大科学研究计划以及湖南省自然科学基金等课题的资助。

潘安练作报告

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