中国科学技术大学材料科学与工程系陆亚林

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陆亚林，男，1964年5月出生，江苏省如皋人，中国科学技术大学杰出讲座教授，中国科学技术大学校长特别助理，先进光子科学技术安徽省实验室主任。2006年国家自然科学一等奖获得者，2008年首批国家海外高层次人才引进计划特聘专家，斯洛文尼亚工程院首批外籍院士。曾担任合肥光源重大升级改造工程的总经理和合肥先进光源预研工程总经理。长期从事量子功能材料、光子科学及先进谱学研究，在新型量子功能材料、纳米能源材料、光电子学及器件、先进谱学测量、太赫兹技术等研究领域取得了重要进展，发明了非线性扫描微波近场显微镜、PMN-PT透明电光陶瓷、紧凑型太赫兹自由电子激光、复合多参量氧化物量子功能材料等。在Science，Nature子刊、PNAS、 JACS、Adv Mater等杂志发表400多篇高质量论文,接受100多次邀请报告和大会报告，编辑5本专辑专著，申请及拥有近80项中国、美国发明专利。陆亚林教授曾经三次在美国创业、并在美国康宁和热电集团担任管理职位，有丰富的高技术企业研发和项目管理经验。   
研究领域：
新型复合多参量量子功能材料
能源与环境材料
长波近场光学
高通量材料表征技术

教育及工作经历：
1991年在南京大学获得博士学位。
2008年中国科学院海外知名学者。
社会任职：
1、美国USAFA和UCCS教授。
2、《Advances in Optoelectronics》、《Active and Passive Electronic Components》、《Contemporary Engineering Science》等杂志的副主编和编委。
3、重要国际学术会议和专题学术讨论会的委员，分会主席，分会召集人。

承担项目
项目名称        来 源        时 间        项目负责人
1        太赫兹近场高通量材料物性测试系统        国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目        201701-202112        陆亚林
2        量子信息过程中关键功能材料与器件研究        中国科学院条件保障与财务局重大科技基础设施开放研究项目        2017012-202012        陆亚林
3        新一代高衬度低剂量X射线相位衬度CT装置        国家发改委国家重大科研仪器设备研制项目        201501-201912        陆亚林
4        基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置-可调谐红外自由电子激光光源研制        国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目        201401-201812        
5        量子信息的存储与调控关键材料科学研究        量子通信与量子计算机重大项目引导性项目        2018.01-2022.12        陆亚林

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       近日，由中国科学技术大学教授陆亚林领导的量子功能材料和先进光子技术研究团队在量子功能材料研究方面取得重要进展。该团队副研究员翟晓芳、副教授傅正平等人，与美国劳伦兹伯克利国家实验室博士Jinghua Guo、中国科大教授赵瑾、湖南大学教授马超等合作，在研究新型高温、高对称性铁磁绝缘体过程中，把高质量氧化物薄膜制备与同步辐射先进光电学探测、第一性原理计算等相结合，成功发现了高于液氮温度（77K）的高对称性铁磁绝缘体，并解释了产生高温铁磁转变现象的新机制。相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。

       为了获得能在高温下工作的、具有易外延生长能力的、高对称性结构的铁磁绝缘体，该团队进行了充分的材料筛选，认为LaCoO3薄膜是可能成为一个高对称性铁磁绝缘体的研究对象。但关于LaCoO3薄膜铁磁性的来源前期却充满了争议，由于对制备要求很高，薄膜中经常会出现大量缺陷，因而前期很多人认为是这些缺陷导致了铁磁性，导致了性能的不稳定及不可控。在该研究中，团队基于高质量单晶薄膜制备优势，研制了高质量、近似无缺陷的LaCoO3薄膜并深入研究了其铁磁性的来源，发现LaCoO3薄膜确实是一个罕见的高温铁磁绝缘体，其铁磁转变温度可以高达85K，是以往研究过材料的5倍，并高于液氮温度。通过制备不同氧含量、不同应力、不同厚度的LaCoO3薄膜，发现了氧缺陷的浓度增加会引起铁磁性的削弱，且在氧缺陷导致的Co2+含量达到10%左右时，铁磁性会完全消失；通过第一性原理计算，发现了与实验基本一致的结论，当氧缺陷被引入到拉应力下的LaCoO3薄膜中时，产生的Co2+高自旋态（t2g3eg2）与邻近的Co3+高自旋态或Co2+高自旋态形成局域的反铁磁相互作用，削弱了铁磁性。并且当Co2+的浓度达到12.5%时，反铁磁相互作用取代了铁磁相互作用并成为新的长程序，铁磁性因而完全消失。该研究充分解释并证明了LaCoO3薄膜铁磁绝缘机制，为未来研制高质量磁性量子器件等应用需求提供了一个亟需的新材料。

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题目：长波光学与量子功能材料
主讲人：陆亚林 教授 中国科学技术大学
时间：5月4日（今天）15:30
地点：福州大学国家科技园一楼报告厅


摘要：新型量子功能材料的一些主要物性与电子及量子态的集体行为（准粒子）密切相关，而这些准粒子行为或多或少与长波长、低能量光子（位于远红外到太赫兹频谱）密切关联。因而发展新型长波光源技术，实现高空间/高能量分辨率、超快的先进长波高通量测量技术，发现新型量子功能材料体系等等就成为关键。本报告将简单介绍我们团队近年来在这几个方向的进展：发明紧凑型太赫兹FEL，建设多长条件下高通量材料功能测量，发明参量复合层状氧化物量子功能材料体系(多铁性、交换偏置、铁磁绝缘性)等等。最后简单介绍同步辐射原理、目前合肥同步辐射光源的运行和开放服务情况。


主讲人：陆亚林，中国科学技术大学教授，国家同步辐射实验室主任。2006年国家自然科学一等奖获得者、2008年国家首批“##计划”国家特聘专家。1991年获南京大学凝聚态物理博士学位，1995年起先后在美国劳伦斯伯克利国家实验室、塔夫茨大学、美国AFA等单位任教。2012年起全职回国，目前是“合肥先进光源”预研工程、国家自然科学基金委红外/太赫兹FEL重大科学仪器专项、国家财政部相衬成像重大科学仪器专项、科技部量子调控国家重大科学研究计划、中国科学院量子材料前沿研究重大项目等负责人和首席科学家。是国家科技部“大科学装置前沿研究”重点专项指南专家和总体组专家、中国科学院发展战略规划研究委员会和国家重大科技基础设施发展战略规划研究委员会成员等。


      作为主要成员因发明非线性光学超晶格材料而获得2006年国家自然科学一等奖， 同时也是PMN-PT透明电光陶瓷、非线性扫描微波近场显微镜等的发明人。在 Science，PNAS，Nature 子刊等杂志发表 近300篇高质量论文, 发表100多篇会议论文，编辑5本专辑专著，拥有近50项中国、美国发明专利。近年来担任20多次MRS、SPIE等重要国际学术会议和专题学术讨论会的主席和分会主席。担任第三、第四届香港求是科技基金会评审专家、《材料基因组工程丛书》主编、中国物理学会理事等社会职务。

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中国科学技术大学Nano energy：铁电Bi3TiNbO9纳米片上实现选择性光催化分解水产氢或产氧

利用光催化技术将太阳能转化为化学能，是解决全球能源和环境危机的一种很有前途的方法。要提高光驱动分解水产生氢气和氧气的效率，有两个关键的过程，一是光激发产生的电子和空穴能有效分离，另外产氢反应和产氧反应需要在空间上分离，从而避免水分解反应的逆反应2 H2+ O2→2H2O。实现这些目标的一个很好的策略是晶体表面工程，即采用合适的合成方法制备出具有不同极性的半导体催化剂。电子和空穴倾向于迁移到不同的暴露面，从而实现有效的空间分离。之前所研究的材料，要么只具有产氢功能，要么只具有产氧功能，很少有单一半导体光催化剂能兼具好的产氢和产氧功能。铁电半导体是极具吸引力的一种光催化剂。首先，内极化可能会有效降低产氢和产氧反应对光催化剂能带结构的要求，因此可在单相光催化剂中实现高效、选择性的产氢和产氧。其次，铁电体自发极化产生的内建电场可极大地抑制光生电子空穴对的复合。第三，内建电场将引导光生电子空穴迁移到不同的表面，从而抑制水分解的逆反应。最后，铁电体的低对称性使得用简单的合成方法，就可以获得不同的极性暴露面。

近日，中国科学技术大学陆亚林课题组 采用改进熔盐法和固态法合成了一种层状铁电材料Bi3TiNbO9。用改进熔盐法合成的纳米薄片的暴露面是{001}和{110}，暴露面的比例可通过改变合成温度进行调节。Bi3TiNbO9纳米片在光照下既能分解水产氢，也能产氧，通过调节{001}/{110}面的比例，可以选择性地优化产氢或产氧。{001}暴露面比例最高的样品具有最好的产氢能力(342.6μmol h−1g−1)，而{110}暴露面比例最高的样品具有最好的产氧性能(275.2μmol h−1g−1)，表明{001}面为产氢活性面，而{110}为产氧活性面。本研究对类似的光催化剂中合理设计并高效产氢或产氧生具有指导意义。陆亚林教授和傅正平副教授为共同通讯作者，文章第一作者为殷小丰博士。该文章发表在国际顶级期刊Nano Energy上（影响因子：12.343）。

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中国科学技术大学教授陆亚林：太赫兹波段主动调控材料和器件研究取得系列进展

中国科学技术大学教授陆亚林量子功能材料和先进光子技术研究团队在太赫兹主动调控器件研究方面取得系列进展。该团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制，并成功制备了超快的太赫兹调制器，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关；同时制备了多功能的太赫兹器件，在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果近期相继发表在国际学术期刊《先进光学材料》。
太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。其中，影响太赫兹技术发展和应用的关键因素之一是难以获得主动太赫兹调控元器件。超构材料，一种由金属或介质材料的亚波长微结构阵列组成的人工材料，其奇异的电磁响应特性为太赫兹调控器件提供了绝佳的解决方案。遗憾的是，以往基于超构材料的太赫兹元器件均由金属材料构成，加工尺寸固定后，器件的功能在实际应用中便难以主动改变。因此，发展主动调控的太赫兹元器件有着重要的研究意义。

通常主动调控是对太赫兹波偏振、振幅、相位等进行调控，调控速度是另外一个指标。一些实际应用也迫切需求对太赫兹波进行超快调控。陆亚林团队设计并制作了基于硅介质的超快调控超表面。通过对硅薄膜进行离子注入和快速热处理工艺，大大减小了硅的载流子寿命并提高了自由载流子浓度。然后通过光刻、刻蚀工艺将硅薄膜加工为能在太赫兹波段共振的圆盘阵列结构的超表面。利用红外飞秒脉冲的激发，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关（开20ps，关300ps），并基于半导体载流子动力学建立理论模型对其进行了合理的解释。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。
另外，当前研究的太赫兹主动调控器件功能比较单一，即只能在单一外场下实现单一的功能。但单一功能难以适应当今技术发展的要求。因此，在单一器件上，实现多物理场的调控，并实现对太赫兹波的多功能调控，是当前太赫兹技术的发展前沿之一，也是实际应用的现实需求。有鉴于此，该团队基于VO2的绝缘-金属相变，通过将VO2与金属非对称开口谐振环结合，设计了一种太赫兹波段的多功能可调谐复合超表面，并利用国家同步辐射实验室副研究员邹崇文提供的高质量VO2薄膜，通过刻蚀、光刻等工艺制备了器件。此复合超表面能够通过加热和施加电流的方式实现对透射太赫兹波的振幅调控，绝对调制深度高达54%，品质因数高达138%。基于VO2在相变过程中的回滞特性，该复合超表面可以通过电流触发实现室温下对太赫兹波的记忆存储功能。此外，利用超快强脉冲泵浦，此复合超表面还能实现对太赫兹波的超快调控。从而，在单一器件实现了对太赫兹波的多功能调控。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。
此外，很多材料在太赫兹波段的响应仍是未知的，而只有研究清楚了各类材料与太赫兹波相互作用的特性，设计主动太赫兹器件才能有迹可循。该团队利用自行搭建的两套太赫兹系统测量并分析了量子功能材料与太赫兹波的相互作用。重点研究了不同周期数的La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜的太赫兹响应，发现了532 nm连续激光的泵浦对此超晶格在太赫兹波段的介电常数具有较大的调控作用，并通过Drude-Lorentz模型的拟合对此现象进行了微观机理的解释，这为寻找新的可用于太赫兹主动调控器件的功能材料开辟了新路径。相关研究成果发表在《光学快讯》[Opt. Express. 26, 7842 (2018)]上。

上述论文的第一作者为合肥微尺度物质科学国家实验中心博士研究生蔡宏磊，通讯作者为黄秋萍、陆亚林。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部等关键项目的资助。（来源：中国科学技术大学）

论文链接：1 2 3

硅介质超表面器件示意图以及其对太赫兹波超快调控的实验结果