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(节选)
中国科学院物理研究所张广宇和所长王恩哥研究员在《2006科学发展报告》发表了题为“表面物理学的回顾与展望”的文章。
文章指出,物体的表面,简单地讲指的是分隔物体与周围环境(例如:空气或真空)的少数几个原子层。除了传统研究中体材料与外界接触时的各种表面现象外,近年来低维体系和纳米材料已经成为表面物理领域内的重要研究对象。例如, 外延薄膜的性质和它的表面及薄膜与基底的界面密切相关。同样,对于由少数原子组成的纳米结构,表面原子占有总数增大,对于这一类系统,也必须考虑表面物理的因素。
文章还指出,经过了三十多年的持续发展,表面物理已经成为一门成熟的学科。但是在科学研究领域,成熟通常意味着取得进展和突破的阻力越来越大。根据美国物理学会的统计,1985年的美国物理年会(APS)中大约有14%的议题集中在表面物理研究领域;即使在高温超导研究蓬勃发展的1990年,表面物理研究领域的议题也占15%。科学的发展是无止境的。挑战越大,机遇也越大。纳米材料和技术的快速发展和美好的前景令人瞩目。而随着物质的尺寸越小,它表面的原子数相对于总原子数会越来越高。也就是说,表面所起的作用会越来越大。这样看来,表面物理研究的潜力是极其巨大的。
文章重点谈到了现阶段凝聚态物理部分重要的研究方向。他们指出,这些领域可能包括:(1)纳米科学技术。纳米材料与结构吸引人的地方是因为由于材料尺寸的限制而导致的新的量子化行为。一般来说,当材料的尺寸,或晶粒尺寸,畴尺寸变得和材料本身的一些特殊的物理长度(例如:平均自由程,磁畴,声子相干长度等)相当时,那么相应的物性会发生很大变化。但是我们对这些现象并没有足够的经验或物理直觉,尤其对于电子体系。这些在纳米尺度上发生的物理,化学或生物的现象是我们需要研究的一个新体系。而这个体系具有其内在的一套物理规律,我们需要去发掘相应的理论描述和实验技巧。(2)复杂材料体系。近年来的获得诺贝尔奖的工作有两个是与人造半导体多层膜联系的,即整数和分数量子霍尔效应研究;另外还有关于复杂的过渡金属氧化物体系——高温超导的研究和还有关于C60的发现。这些工作给我们一个明确的提示:人工制备的复杂材料体系是目前凝聚态物理领域内的重要研究方向之一。复杂材料体系包括两方面:a)利用简单材料相互作用去实现新的物理现象或组装成新的器件。b)利用新工具,新思想,以及物理,化学,材料科学的新进展,按照特定性质在原子量级上设计制备复杂结构。我们的最终目的就是可以利用加工一个一个原子来改变世界。目前的研究重点包括人工合成的有序结构,越来越小的电路,磁存贮器件,复合材料,有机复合材料,掺杂的过渡金属氧化物,自组织纳米结构,分子电子学等等。c)功能材料。对于物理学家来说,一种材料是否有用,是否能实现某一特定的功能是我们最关心的问题。表面物理学在功能材料的探索方面是非常有潜力的。(摘自科学出版社出版的《2006科学发展报告》)
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