项目名称：复杂电子体系的超敏量子调控首席科学家：沈健.doc

项目名称： 复杂电子体系的超敏量子调控 首席科学家： 沈健 复旦大学 起止年限： 2011.1至2015.8 依托部门： 教育部 上海市科委  二、预期目标 本项目的总体目标： 针对复杂电子体系中的超敏量子调控中面临的基础科学问题，本着强强联合，多学科合作，理论与实验相结合的原则，凝聚国内活跃在本领域相关前沿研究领域具有代表性的研究队伍，并借助已经建立起来的国际合作优势，利用项目参与人已取得的对复杂氧化物和二维电子材料的前期研究成果，与国家业已布局的相关研究项目有机衔接，优化现有的综合研究平台和运用先进的技术手段，深入研究复杂电子体系的维度效应及其产生的独特的超敏量子调控功能，发现未知的重要的物理现象并在理论上对相关的物理机理进行研究。 同时为研究和应用此类现象发展出新技术、新方法，力争在若干关键科学取得突破，并开发出基于复杂电子体系的新型多功能电子器件。通过优化资源、凝聚队伍、合作攻关、重点突破，提出真正原创性的思想，做出一批具有原创性的重要成果，取得具有国际影响力的重大突破，使我国在新型电子器件的研究处于世界前沿。通过本项目的实施，同时培养和锻炼一批具有国际水准的学术人才，为参与未来在固态量子计算及相关研究领域上的国际竞争建立起一支创新能力强、凝聚力高的高水平的攻关队伍。 五年预期目标: 从实验上将复杂电子体系空间尺度缩小到电子相分离的尺度或维度限制到二维，充分发挥其量子调控能力，从而能在真正意义上实现超敏量子调控。理论与实验紧密结合，研究电子输运过程与复杂体系内各自由度的相互作用，探讨在小系统中实现由电学控制各自由度的方法。理解基于复杂体系的新型电子器件所面临的各种基础问题，提出真正原创性的思想，使我国的在新型电子器件的研究处于世界前沿。五年具体目标如下： 1) 获得复杂氧化物的尺寸效应及在临界点的相变特性。实现利用外界磁场、电场、应力场对复杂氧化物电输运和磁性质的超敏控制。 2) 通过控制复杂氧化物的表面、界面结构、化学组分，获得新磁性结构，并与硅技术相结合，实现高效自旋电子器件。 3) 实现尺寸效应、外电场引发的对称性破缺对石墨烯以及氧化物异质结纳米器件中的能带调控。发展石墨烯器件在微波、太赫兹和远红外波段作为激光元件和超敏探测原器件的应用。 4) 建立局域受限后的过渡族金属复杂氧化物的输运特性的理论模型。研究利用纳米加工手段降低复杂金属氧化物维度后，异于块体和薄膜的输运模型，建立一种新的理论模型对新现象加以解释。 5) 探索出与现有CMOS工艺兼容的复杂氧化物及石墨烯材料制备加工技术，包括采用电子束光刻技术制备亚微米/纳米结构、精确可控的纳米尺度等离子体刻蚀技术等，实现500-100nm的复杂氧化物图形化，制备石墨烯以及氧化物异质结纳米带、纳米点。研制出基于复杂体系的二维电子气高速晶体管、下一代存储器和其它新型电子器件原型。 6) 申报专利20项以上；每年发表论文40篇以上，其中至少有20篇文章发表在影响因子为3或以上的杂志上；每年培养优秀博士研究生和博士后20名以上，为国内外重要科学研究基地输送合格人才。建立起一支在国际上相关研究领域具有影响力的学术团队。  三、研究方案 1）学术思路： 本项目的总体思路是瞄准国家科学中长期发展规划中关于量子调控和固态量子计算的战略目标，围绕如何实现复杂电子体系中的超敏量子调控，重点研究空间尺度、维度、构型以及序竞争对微观（电子相分离、量子相变）、宏观（磁、电等）物理性质以及体系的各种场效应的影响，探索复杂电子体系的表征方式和超敏量子调控途径。在此基础上，开发以复杂电子体系为基础的新型电子器件。在课题的设臵上注意与前期已经执行的项目在研究内容上相互补充，相辅相成，与此同时，理论与实验相结合，各课题之间研究内容既有其独特性，相互之间又具有很强的关联，从而发挥合作攻关的优势。在人员的构成上注意强强联合，充分发挥实验物理学家与理论物理学家合作攻关的优势，使得观察到的物理现象能够及时在理论上进行理解，同时理论又可以指导下一步实验进行的方向。在具体技术路线的确立上，将力求准确把握国际上相关领域的重大科技发展动向，并结合项目参加单位在相关研究领域丰富的研究工作基础、技术积累及我国的具体国情，在具体技术路线的确立上，将力求准确把握国际上相关领域的重大科技发展动向，并结合项目参加单位在相关研究领域丰富的研究工作基础、技术积累及我国的具体国情，抓住小尺度下复杂氧化物等超敏量子调控研究尚处于探索阶段，未形成明确的世界格局的机遇，兼顾强调自主创新与总体技术路线的可行性两方面因素，力求在该研究领域获得系列自主知识产权，培养与完善研究队伍建设，促进我国在相关领域的可持续发展。 对于复杂氧化物的空间受限体系的研究，我们将以分子束外延和脉冲激光分子束外延所生长的单晶薄膜为基点，