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周兴江:试解高温超导材料奥秘

2008-01-16 |

周兴江:出生于1966年,先后取得了清华大学学士和硕士学位,1994年取得了中科院物理所博士,1995-1997为德国Stuttgart马普固体所洪堡学者。1997-2004为美国斯坦福大学同步辐射实验室物理学者,兼美国Berkeley国家实验室先进光源的束线科学家。2004年入选中科院“百人计划”,研究员,博士生导师。2005年获“国家杰出青年基金”。茅以升科技教育基金会北京青年科技奖获得者。现任中科院物理所暨北京凝聚态物理国家实验室研究组组长、合肥国家同步辐射实验室用户专家委员会副主任。迄今已发表学术论文70余篇。

世界首台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪

  发明新仪器看到材料更细电子结构———

  20061228日,在中国科学院物理研究所,正在进行一项由中国科学院组织的技术鉴定会,一位年仅40岁的学者正在向这些专家们介绍自己新研制出的仪器———真空紫外激光角分辨光电子能谱仪。

  鉴定专家组对该项目给予了高度的评价,“该真空紫外激光角分辨光电子能谱仪为国际首创,其主要性能和技术指标在国际上处于领先地位:它具有超高的能量分辨率、超高的光束流量,具备了研究体效应的可能性。”而这个仪器研制项目的主要负责人就是中国科学院物理研究所的周兴江研究员。

  两年时间研制出世界上第一台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪

  “与同步辐射光源或气体放电光源等角分辨光电子能谱仪相比,我们研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪能够看到更细、更深层次的材料电子结构,对研究凝聚态物理和材料科学而言,其重大的科学意义是不言而喻的。”站在世界上惟一一台真空紫外激光角分辨光电子能谱仪面前,周兴江研究员自豪地说。

  在真空紫外激光光源被应用之前,传统的同步辐射光源或气体放电光源存在一个长期困扰光电子能谱的问题———也就是所测量的光电子只来自样品表面5-20埃的深度,对于众多先进的材料而言,仅表面几个原子层的电子能否反应材料的体性质?这一直是个未知数。而使用紫外激光,在光电子能量为67eV时,预计对应的光电子逃逸深度可以达到近100埃,所以和同步辐射光源或气体放电光源相比,这时所得到的测量结果更代表材料的体性质。

  “材料内部的电子是有严格的等级之分的,不同材料中电子分布的不同,决定着材料的性质,当激光照射到材料上时,其中的电子吞吃了光子的能量而变得活跃起来,可以挣脱材料而逃离样品。通过测量这些逃出的电子的能量和数量,从而可以了解电子在材料内部的状态,也就是我们所说的材料的电子结构。”周兴江研究员通俗解释了仪器的功能。

  “这台仪器的核心是高能量、高亮度的准连续真空紫外激光。”周兴江研究员介绍说,真空紫外激光角分辨光电子能谱仪是第一个把真空紫外激光这一新的光源成功地应用在角分辨光电子能谱技术上,而且具有超高能量分辨率、超高光束流强度和对材料体性质敏感等独特优势,把现有的光电子能谱技术提高到一个新的台阶。

  “这样一台复杂的仪器,在这么短的时间内能够完成,应该说是相当快的。”周兴江研究员发出慨叹。

  据了解,这台仪器的研制只用了两年时间,其主要设计思想和原始创新均在国内完成。该研制项目采用的核心技术是我国的自主知识产权,已经申请了国内和国际专利。

  在美国看到一篇学术论文,他更加坚定了回国搞研究的决心

  1997年,周兴江到美国留学,成为斯坦福大学同步辐射实验室物理学者。2004年,中科院实施的百人计划”———吸引海外人才计划,引起了周兴江的注意。

  “当时,我已经决定回国搞科研了,就在这时,一篇国内研究人员的学术论文坚定了我的决心。”周兴江回忆道。

  “我偶尔读到一篇学术论文,其中介绍了一种新的产生真空紫外激光的方法,并且发现文章的作者是中国人。由于我在美国许多年一直是从事角分辨光电子能谱的研究,因此,当读到这篇文献时,我意识到如果把这种激光应用在角分辨光电子能谱技术中,可能会有新的突破,当时激动的心情实在是难以用语言表达。我立刻向我的导师、中科院物理所的赵忠贤院士发去了电子邮件,希望能通过他与文章作者取得联系。”周研究员说。

  “借助这台激光光电子能谱仪的超高能量分辨率,我们能够在更细、更深的层次上研究材料的电子结构。例如,对高温超导体和许多其他新型的超导体,在超导态时对应的超导能隙、相关的能量尺度等的测定需要光电子能谱仪的能量分辨率优于1meV周研究员说,然而,已有其他光电子能谱仪的能量分辨率在10meV或更差,难以开展这些方面的研究。而我们的这台仪器则为开展这些方面的研究提供了可能。

  放弃美国优厚生活条件,挑战第一是他的人生信念

  谈到回国原因,周兴江研究员动情地说:“当时,我在2004年决定回国的时候,家人和美国的朋友、导师、同事,许多人是不太理解的。可以说,我决定回国工作确实是排除了不少阻碍的。

  当时,周兴江在美国已经过上了相当稳定的生活。“但是相对于这些优越的物质生活条件,我生活的重心更多是放在事业方面,希望能从事自己喜欢干、擅长干的工作,在研究领域独立地做出点成绩。”周兴江研究员真诚地说。

  “科研仪器一定要有自己的特色。”周兴江研究员分析他回国原因时说,“一个人一生中能在自己的研究领域内拿个世界第一的机会并不多。当时,回中科院物理所工作给我提供了这样一个难得的机会,我不会轻易放过。”

  今天的成功证明了他当时的选择是正确的。

  现在,国外许多一流的科研机构对于光电子能谱领域的这一重大科研成果,均表现出了浓厚的兴趣。特别是这一成果中的多项关键技术和专利均掌握在中国人手中,因此国外如果想利用紫外激光光电子能谱进行新型材料基础研究方面的工作,就必须寻求与中国人的合作。

  “我们下一步就是要用这台世界仅有的仪器,早日做出科研成果。我们初步把重点放到了高温超导材料的机理研究方面。”周兴江研究员满怀信心地说,“而且我们正计划研发更高水平的光电子能谱仪。”

(来源:北京青年报 200749日)

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