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马旭村(2012)
2013-04-07

马旭村

中国科学院物理研究所研究员

第九届中国青年女科学家奖评审会评语

?????? 在国际上率先发展了拓扑绝缘体薄膜和铁基超导薄膜的分子束外延生长动力学,从实验上证明拓扑绝缘体受时间反演对称性等基本性质,对拓扑绝缘体的发展和高温超导的研究做出重要贡献。?

?????? 计算机的出现,只有短短几十年,却已完全改变了我们的生活。随着CPU的速度越来越快,芯片元件大小已逼近极限尺度。未来,人类需要从更微观的尺度找到突破,量子计算和低能耗自旋电子学无疑成了最大的亮点。然而目前,在实验室实现对微观量子态的操纵非常难,即使可能,极为苛刻的条件也让应用前景变得遥不可及。

?????? 这是一场新的信息革命,一项极具挑战性的工作,世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想,马旭村就是这支队伍中的佼佼者。她的研究领域之一是拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是一种具有新奇量子特性的材料,它既不是导体,也不是绝缘体,而是介于两者之间——内部绝缘,表面上却允许电荷移动。

?????? 早在40多年前,理论物理学家就预言,这种特殊的材料具有一些新奇的量子特性。然而,由于实验室一直无法制备出质量足够好的样品用于分析,这些物理性质也迟迟无法得到证实。“因为材料质量不好,理论预言的很多特殊性质就很难观测到,你就没有办法证实这个材料确实是特殊的。对拓扑绝缘体的研究处于一种理论走在前,实验落后的状态。”

?????? 正是看到这个契机,马旭村和团队一起开展对这一类量子薄膜材料的研究。毕业于北京大学化学系、拥有无机化学硕士学位背景的她,在材料制备合成方面具有很强的优势。即便如此,研究路上困难依旧重重。就拿应用分子束外延生长动力学制备拓扑绝缘体薄膜来说,要得到高质量单晶的薄膜,就要对材料的生长和制备实现原子尺度上的控制,只有控制一个原子层一个原子层地生长并能做到对其化学组分的精确控制材料才能算长好。不过,通过不断实验摸索,马旭村和团队终于掌握了这一过程中的生长动力学和热力学规律,在国际上首次建立了高质量拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长动力学。

?????? 从2009年初,三维拓扑绝缘体材料在理论上被预言存在,到这个薄膜材料首次被制备出来,她和团队成员只花了半年时间,使我国在拓扑绝缘体薄膜研究领域中处于国际领先地位。“现在,我们已经熟悉了它的生长动力学,所以薄膜材料能长得很好,我们的样品可以送给国际上任何一个研究组,他们也非常愿意与我们合作。”

?????? 在制备的基础上,她和团队还利用极低温扫描隧道显微镜和角分辨光电子谱等实验手段,证明了三维拓扑绝缘体的一系列重要特征,这在固体物理的发展上具有非常重要的意义。除了拓扑绝缘体,她还用同样的方法在超导领域取得了不小的成绩,成功地应用铁基超导薄膜提高了硒化铁的超导转变温度。谈到未来,马旭村非常乐观,“研究超导的研究人员一个梦想就是室温超导,虽然现在还离得比较远,但能把这个温度继续提高,就意味着超导机制有新的发现,我想我们还会提高得更多。”




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