项目报奖公示
发布时间:2017-05-02 

关于2017年度高等学校科学研究优秀成果奖申报材料公示

 

       根据教育部办公厅《关于推荐2017年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)的通知》(教技厅函[2017]30号)的有关要求,现对我系黄高山副教授参加南京大学申报2017年度高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖项目“半导体微纳结构光致发光机制与拉曼散射研究” 的申报材料进行公示,公示期为5个工作日(2017年5月2日至6日)。

 

联系人:莫晓亮

联系电话:65642873

电子邮件:xlmo@fudan.edu.cn

 

 

 

高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)

推荐项目公示内容

申报类型

【P】 自然科学奖      【】 自然奖—直报类

项目名称

半导体微纳结构光致发光机制与拉曼散射研究

推荐单位

南京大学

项目简介

       半导体微纳结构具有特殊的能带特征,展示了许多新奇的光电磁性能,这方面深入细致的研究不仅能揭示发生其中的物理过程及其机制,还能为半导体微纳结构在光电信息存储、量子计算、光学通信、传感和生物医疗等多个领域获得重要应用奠定基础,意义重大。本项目在国家和江苏省重大、重点项目等的支持下,系统深入地研究了微纳结构形貌、缺陷、表面键合等对其电子、声子态和发光特性与拉曼散射的影响和调控机理,首次提出了极性半导体材料中由偶极相互作用引起的多层次自组织过程,揭示了这类多层次结构在室温、高功率和低频太赫兹源及能源和生物荧光标签上的重要应用。主要科学发现点如下:

       1. 系统地提出了氧化物半导体微纳结构(量子点、量子线和颗粒薄膜)中空位缺陷电子能级的非局域化性质,对一些宽带隙的金属氧化物材料(如ZnO和SnO2),这种非局域化的性质能有效地调控发光波长,增强可见光的发射效率,在量子点薄膜和量子线中可显著提高光电探测效率和传感性能。相关研究成果发表在Phys Rev Lett、Nano Lett、Appl Phys Lett、J Appl Phys、Nanotechnology等杂志上,其中代表作1单篇SCI他引714篇次;代表作2单篇SCI他引130篇次;代表作3单篇SCI他引88篇次。

       2. 揭示了半导体量子点在极性溶液环境中的发光特性取决于颗粒尺寸、表面态结构和溶剂极性的协同作用,通过选择表面分子的极性,可有效地调控量子点的带隙及表面电子的能级和态密度,由此达到控制发光波长、提高发光效率的目的。获得的结果可完美地解释3C-SiC量子点的量子限制发光和表面态的发光特性,并成功应用于电化学制氢和细胞内pH值的高灵敏检测上。相关研究成果发表在Phys Rev Lett、Prog Mater Sci、Nano Lett、Appl Phys Lett等杂志上,其中代表作4单篇SCI他引151篇次;代表作5单篇SCI他引46篇次;代表作6单篇SCI他引181篇次。

       3. 首次提出了极性半导体材料中由偶极相互作用引起的多层次自组织过程,由此发展出一种全新的微结构材料的构筑方法, 并利用这种方法制备出形貌众多、拉曼散射特性独特的半导体微结构材料。例如以ZnO纳米片作为基本结构单元,构筑的由多个偶极子相互作用形成的苹果状核壳结构微米球中,发现了绿光激发下由纳米片晶格的对称伸缩振动引起的室温、高效、低频(<1 THz)的太赫兹发射。相关研究成果发表在Nat Nanotechnol、JACS、Nano Lett、Adv Mater、APL和JAP等杂志上,其中代表作7单篇SCI他引117篇次;代表作8单篇SCI他引121篇次;代表作9单篇SCI他引37篇次;代表作10单篇SCI他引87篇次。 

       本项目共发表SCI论文243篇,论文他引7270篇次,10篇代表性论文他引1865篇次,其中SCI他引1672篇次,研究工作被包括Nat Nanotechnol、Nat Photo、Nat Commun等Nature子刊作为“Highlight”重点评述和报道, 也被包括PRL、JACS、Nano Lett、Adv Mater等高水平期刊中众多学术论文大量引用,项目研究期间第一申请人先后获国家杰出青年基金资助和入选教育部长江学者特聘教授,2014、2015和2016年连续三年入选爱思唯尔公布的在物理与天文领域中最具影响力的中国高被引学者榜单。获授权国家发明专利5项,申请发明专利5项。多次应邀在国内外学术会议上做主题报告和特邀报告。

 

 

 

 

10篇代表性论文、专著

序号

论文、专著

名称/刊名/作者(中文名)

影响因子

年卷页码

(xx年xx卷xx页)

发表时间

(xx年xx月xx日)

通讯作者/

第一作者

(中文名)

SCI

他引

次数

他引

总次数

是否国内完成

1

Photoluminescence and cathodoluminescence studies of stoichiometric and oxygen-deficient ZnO films/ Appl. Phys. Lett./吴兴龙、萧季驹、付传雷、王福俊

3.142

2001年78卷2285页

2001年04月15日

吴兴龙/吴兴龙

714

790

2

Synthesis and low-temperature photoluminescence properties of SnO2 nanowires and nanobelts/ Nanotechnology/ 骆苏华、范吉阳、刘卫丽、张苗、宋志棠、林成鲁、吴兴龙、朱剑豪

3.573

2006年17卷1695页

2006年06月28日

朱剑豪/骆苏华

130

145

3

Strong blue emission from anodic alumina membranes with ordered nanopore array/ J. Appl. Phys./黄高山、吴兴龙、梅永丰、邵向峰、萧季驹

2.101

2003年93卷582页

2003年01月01日

吴兴龙/黄高山

88

109

4

Experimental evidence for the quantum confinement effect in 3C-SiC nanocrystallites/ Phys. Rev. Lett./吴兴龙、范吉阳、邱腾、萧季驹、朱剑豪

7.645

2005年94卷026102页

2005年01月21日

吴兴龙、范吉阳/吴兴龙

151

171

5

Identification of surface structures on 3C-SiC nanocrystals with hydrogen and hydroxyl bonding by photoluminescence/ Nano Lett./吴兴龙、熊诗杰、朱骏、王静、沈剑沧、朱剑豪

13.78

2009年09卷4053页

2009年12月19日

吴兴龙、朱剑豪/吴兴龙

46

50

6

Low dimensional SiC nanostructures: fabrication, luminescence, and electrical properties, luminescence, and electrical properties/ Progress in Materials Science/ 范吉阳、吴兴龙、朱剑豪

31.08

2006年519卷983页

2006年11月

吴兴龙、朱剑豪/范吉阳

181

205

7

Intrinsic dipole-field-driven mesoscale crystallization of core-shell ZnOmesocrystal microspheres/J. Am. Chem. Soc./刘钊、温学达、吴兴龙、高亚军、陈海涛、朱骏、朱剑豪

13.04

2009年131卷9405页

2009年06月08日

吴兴龙、朱剑豪/刘钊

117

122

8

In situ synthesis of Mn-doped ZnO multileg nanostructures and Mn-related Raman vibration/J. Appl. Phys. /杨利文、吴兴龙、黄高山、邱腾、杨益民

2.101

2005年93卷014308页

2005年01月01日

吴兴龙/杨利文

121

131

9

Green light stimulates terahertz emission from mesocrystal microspheres/ Nat. Nanotechnol./吴兴龙、熊诗杰、刘钊、陈健、沈剑沧、李廷会、吴培亨、朱剑豪

35.27

2011年93卷014308页

2011年01月16日

吴兴龙、朱剑豪/吴兴龙

37

40

10

Annealing temperature dependence of Raman scattering in Ge+-implanted SiO2 films/J. Appl. Phys./吴兴龙、高婷、鲍希茂、闫峰、蒋树声、冯端

2.101

1997年82卷2704页

1997年09月01日

吴兴龙/吴兴龙

87

102

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

吴兴龙

排    名

1

工作单位

南京大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

       第六届江苏省青年科技奖(1999)、国家自然科学四等奖(1999)、江苏省科技进步一等奖(1998)、江苏省科技进步二等奖(1998)、南京市十大科技成果(1998)、中国分析测试协会一等奖(1995、2001)

本人对本项目主要学术贡献

       项目负责人:(1) 提出了半导体氧化物微纳结构中缺陷电子态的非局域化性质,揭示了在小尺寸情况下可展示出明显的量子限制效应发光;(2)揭示了半导体量子点表面钝化及和表面极性分子的相互作用可导致导带结构的变更,从而可有效的控制发光波长和提高发光效率,为诱导出波长和强度可控的表面态发光提供了实际应用的途径;(3)揭示了半导体极性纳米片可在偶极场作用下构筑成多层次微纳结构,其室温、低频、高功率的太赫兹发射在MEMs器件中有重要应用。对重要科学发现点1、2、3具有突出贡献,是代表作1、4、5、9和10的第一作者,是代表作1和3-10的通信作者,在代表作2中,对发光机理的研究做出了重要贡献。

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

朱剑豪

排    名

2

工作单位

香港城市大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

香港城市大学

曾获科技

奖励情况

       美国化学协会summer Fellowship奖、美国康乃尔大学Dupont教学奖、SOI国际会议优秀论文奖、Böhmishe物理协会优秀科学工作者、香港科学研究委员会杰出研究奖、香港城市大学杰出研究奖和应用科学奖

本人对本项目主要学术贡献

       项目的主要贡献者。提出了SnO2纳米线的合成和温度依赖的荧光特性;揭示了有表面极性的3C-SiC量子点在极性溶剂中的表面结构和溶剂依赖的表面态发光性能,为3C-SiC量子点作为荧光生物标签奠定了实验基础;参与提出了半导体极性纳米片可在偶极场作用下构筑成多层次微纳结构,其室温、低频、高功率的太赫兹发射在MEMs器件中有重要应用。对发现点1、2、3做出了重要贡献,是代表作2、4-7和9的通讯作者。

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

熊诗杰

排    名

3

工作单位

南京大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

       1988年获国家自然科学四等奖和国家教委科技进步二等奖;2001 年获中国高校科技进步二等奖;1991 年被国家教委和国务院学位委员会表彰为《有突出贡献的中国博士》。

本人对本项目主要学术贡献

       在本项目中主要学术贡献为:(1)理论提出了3C-SiC表面由水的分解引起的自催化效应,H和OH键在硅表面二聚物上的键合可导致有效的颗粒表面钝化,由此可产生对溶液pH依赖的表面态发光;(2)理论揭示了核壳结构氧化锌微米球引起强太赫兹发射的物理机理,为解释碳化硅微米球室温、低频、高功率的太赫兹发射做出了重要贡献。对发现点2和3有重要贡献,是代表作5和9的理论贡献者。

 

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

沈剑沧

排    名

4

工作单位

南京大学

技术职称

高级工程师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

江苏省科学技术进步一等奖(1999年)

本人对本项目主要学术贡献

       在本项目中主要学术贡献为:(1)参与了3C-SiC量子点在不同溶剂中表面结构的研究,协助完成了样品的准备、搭建了实验平台和共同完成了相关的测试;(2) 协助完成了3C-SiC微米球样品的准备和共同完成了微米球样品的拉曼散射研究和太赫兹发射特性的测试。对发现点2和3有重要贡献,是代表作5和9的重要贡献者。

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

吴培亨

排    名

5

工作单位

南京大学

技术职称

中科院院士

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

       国家自然科学三等奖(1990)、国家教委科技进步一等奖(1989)、全国科学大会奖(1978)等七项省部级以上的奖励

本人对本项目主要学术贡献

       与量子级联太赫兹激光器不同,室温、低频(小于1 THz)、高功率的太赫兹发射源一直是太赫兹领域大家共同追求的目标。在本项目中主要学术贡献为,创造性地提出了利用半导体极性片的晶格振动引起的低频拉曼散射,在激光的辐照下,引起太赫兹振动和发射的思想,并带领老师和学生们开展了样品的设计、测试和原理分析。对发现点3做出了重要贡献,是代表作9的主要贡献者。

 

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

陈健

排    名

6

工作单位

南京大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

 

本人对本项目主要学术贡献

 

       在本项目中主要学术贡献为,协助完成了3C-SiC微米球样品的拉曼散射研究和太赫兹发射特性的测试,共同讨论和解释了碳化硅微米球室温、低频、高功率的太赫兹发射的机理。对发现点3有重要贡献,是代表作9的重要贡献者。

 

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

范吉阳

排    名

7

工作单位

东南大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

 

本人对本项目主要学术贡献

 

        对3C-SiC量子点在极性溶剂里的量子限制效应的发现和SnO2纳米线的低温荧光现象的表征做出了重要贡献,是代表性论文4的共同通讯作者,代表性论文6的第一作者,是代表作2、4的共同作者。

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

刘 钊

排    名

8

工作单位

美国嘉柏微电子材料股份有限公司

技术职称

研究科学家

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

 

本人对本项目主要学术贡献

 

       创造性地合成和表征了核壳ZnO微米球结构,对发现点3做出了重要贡献,是代表作7的第一作者,是代表作9的共同作者。

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

杨利文

排    名

9

工作单位

湘潭大学

技术职称

教授、博士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

 

本人对本项目主要学术贡献

 

       深入研究了多腿氧化锌自组织结构的合成和它们的拉曼散射特性,对发现点3做出了重要贡献,是代表作8的第一作者。

 

 

 

 

主要完成人情况表

姓   名

黄高山

排    名

10

工作单位

复旦大学

技术职称

副教授、硕士生导师

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

 

本人对本项目主要学术贡献

 

       深入研究了缺陷态波函数的非局域性质在Al2O3微纳结构上的应用,对发现点1做出了重要贡献,是代表作3的第一作者,是代表作8的共同作者。

 

 

主要完成单位及其贡献

单位名称

南京大学

排    名

1

对本项目的贡献

       项目中9篇代表性工作主要在南京大学完成,南京大学为本项目的立项、执行和完成提供了人力保证,以及研究经费、实验用房等方面的支持。项目自1996年1月起开展半导体微纳结构的发光机理和拉曼散射研究以来,南京大学提供了多台高精度的测试仪器,如T64000拉曼谱仪、Edinburgh FLS-920 PL 谱仪,为本项目的样品制备、性能测试和分析,提供了坚实的实验和后勤保障。

       本项目南京大学作为主要完成单位,取得了以下重要突破:

       1. 提出了氧化物半导体微纳结构(量子点、量子线和颗粒薄膜)中空位缺陷电子能级的非局域化性质,对一些宽带隙的金属氧化物材料(如ZnO和SnO2),这种非局域化的性质能有效地调控发光波长,增强可见光的发射效率。

       2. 揭示了半导体量子点在极性溶液环境中的发光特性取决于颗粒尺寸、表面态结构和溶剂极性的协同作用,通过有效地控制带隙的位置和表面电子的能级和态密度,达到了控制发光波长、提高发光效率的目的。

       3. 发现了极性半导体材料中由偶极相互作用引起的多层次自组织过程,发展出一种全新的微纳结构材料构筑方法, 并利用这种方法制备出形貌众多、拉曼散射特性独特的微纳结构,并由此揭示了在3C-SiC核壳微结构中强的太赫兹发射。

      项目共发表SCI论文243篇,论文他引7270篇次,10篇代表性论文他引1865篇次,其中SCI他引1672篇次,研究工作被包括Nat Nanotechnol、Nat Photo、Nat Commun等Nature子刊作为“Highlight”重点评述和报道, 也被包括PRL、JACS、Nano Lett、Adv Mater等高水平期刊中众多学术论文大量引用。获授权国家发明专利5件。

 

 

 

主要完成单位及其贡献

单位名称

香港城市大学

排    名

2

对本项目的贡献

       项目中代表性工作2是在香港城市大学完成,城市大学为该论文的完成提供了研究经费、实验用房和样品的制备、性能测试和分析。项目第一完成人吴兴龙和第七完成人范吉阳,在城市大学访问期间为该论文中样品的测试和荧光机理分析做出了重要贡献。此外,其它的5篇代表作由香港城市大学的朱剑豪作为共同通讯作者,为论文的完成提供了重要的思想和论文编辑保证。

       本项目开展了对半导体微纳结构的发光机理和拉曼散射研究,香港城市大学作为合作的研究单位,做出了以下重要贡献:

       提出了SnO2纳米线结构的生长和低温蓝光发射的起源,提供了相关的测试设备和分析,提交了论文发表。

       参与提出了3C-SiC量子点在极性溶液环境中的发光特性取决于颗粒尺寸、表面态结构和溶剂的极性。通过有效地控制带隙的位置和表面电子的能级和态密度,达到了控制发光波长、提高发光效率的目的。

       参与发现了极性3C-SiC半导体材料中由偶极相互作用引起的多层次自组织过程,发展出一种全新的微纳结构材料构筑方法, 并利用这种方法制备出形貌众多、拉曼散射特性独特的微纳结构,并由此揭示了在3C-SiC核壳微米球结构中强的太赫兹发射。

 

 

 

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