中国科学院物理研究所 中国科学院北京分院
重点研究领域:研究方向以凝聚态物理为主,包括凝聚态物理、光学物理、原子分子物理、等离子体物理、软物质物理、凝聚态理论和计算物理等。
所在地:北京市,北京
机构简介:

中国科学院物理研究所(以下简称物理所)前身是成立于1928年的国立中央研究院物理研究所和成立于1929年的北平研究院物理研究所,1950年在两所合并的基础上成立了中国科学院应用物理研究所,1958年10月8日启用现名。迄今为止,已有50余位院士先后在物理所工作过,包括吴有训、赵忠尧、严济慈、吴健雄、钱三强等著名科学家。 物理所是以物理学基础研究与应用基础研究为主的多学科、综合性研究机构,研究方向以凝聚态物理为主,包括凝聚态物理、光学物理、原子分子物理、等离子体物理、软物质物理、凝聚态理论和计算物理等。战略定位是“面向国家战略需求,面向世界科技前沿”,发展目标是“建成国际一流物质科学研究基地”。 物理所是北京凝聚态物理国家实验室(筹)的依托单位,中关村物质科学大型仪器区域中心筹建的牵头单位和北京纳米科学大型仪器区域中心的成员单位。现有超导、磁学、表面物理3个国家重点实验室,光学物理、先进材料与结构分析、纳米物理与器件、极端条件物理、软物质物理、清洁能源前沿研究、凝聚态理论与计算7个院重点实验室,固态量子信息与计算、微加工实验室2个所级实验室,它们与国际量子结构中心、量子模拟科学中心、北京散裂中子源靶站谱仪工程中心、清洁能源中心、超导技术应用中心、功能晶体研究与应用中心等6个研究中心共同构成物理所的研究体系;技术部及各实验室、各研究组的公共技术岗位共同构成全所的技术支撑体系。   长期以来,物理所始终坚持积极引进和培养杰出人才,经过多年的努力,物理所已经形成了一支结构合理、具有较强科研实力和创新能力的人才队伍。截至2016年底,物理研究所共有在职职工464人。其中科研人员266人、技术支撑人员104人,包括中国科学院院士14人、中国工程院院士1人、发展中国家科学院院士8人。共有国家海外高层次人才引进计划(千人计划)入选者5人,“青年千人计划”入选者15人;中国科学院“百人计划”入选者68人;国家杰出青年科学基金获得者34人。   物理所是1998年国务院学位委员会批准的首批物理学博士、硕士学位授予单位之一,现设有物理学、材料科学与工程等两个专业一级学科博士研究生培养点,材料工程、光学工程、集成电路工程等三个专业学位硕士研究生培养点,并设有物理学专业一级学科博士后流动站,截至2016年底,全所在学研究生846人(其中硕士生268人、博士生578人)。在站博士后48人。   近年来,物理所围绕学科布局,加大对重要科研设施及实验仪器装备的投入力度,进口或自行研制了一批达到国内一流、国际先进水平的科研实验装置,主要有金属有机化学气相淀积(MOCVD)设备、磁性金属超薄膜生长/超高真空变温SPM/原位穆斯堡尔谱仪联合系统、有机分子外延-低温扫描隧道显微镜-纳米四探针探测(NP-OMBE-LTSTM)系统、TMR R&D Sputtering System、变温扫描隧道显微镜/原子力显微镜-角分辩光电子谱-分子束外延联合系统、多功能高分辨电子能量损失谱仪、场发射透射电子显微镜、极低温强磁场双探针扫描隧道显微镜、FEI DB235聚焦离子束刻蚀与沉积系统、Raith 150 电子束曝光系统、IBM SP 690大型计算机、模块式三级拉曼光谱系统以及自行研制的超高真空低温强场双探针STM、高分辨率TEM-扫描探针SPM原位物性研究系统、激光分子束外延系统II型激光分子束外延系统、国际首台超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱仪和峰值功率大于350太瓦的超强飞秒激光装置——“极光III”装置等。   多年来,物理所先后与美国、英国、德国、法国、日本等十几个国家开展了合作,包括与英国皇家学会、法国国家科研中心、德国马普学会、荷兰皇家科学院、日本学术振兴会等国家级科学研究机构建立起了长期、稳固的友好合作关系,还与其它国家的数十个科研机构和大学建立了广泛的所级国际合作关系。广泛、频繁、高水平的学术交流有力地推动了物理所在学术上与国际接轨的进程。   同时,物理所在完善学术环境和营造学术氛围方面进行了不断的探索,逐步建立了一套适合自身发展需求的学术评价体系和学术交流体系。实施了“国际评价机制”和“学术交流与考核评价相结合”的方式,以促进重大原创性成果的产生。设立了“公共技术讲座”、“崔琦讲座”、“中关村凝聚态论坛”、“凝聚态物理前沿讲座”、“科学之家学术漫谈”以及“明理时空”等形式多样的学术活动,形成了一个完整的学术交流体系。   经过多年的努力,物理所取得了一系列重大科研成果。在基础研究方面,取得了以“液氮温区氧化物超导体的发现及研究”、“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”、“实验发现量子反常霍尔效应”、“发现Weyl费米子”、“低纯度钕铁硼永磁材料”、“定向碳纳米管的制备和结构和物性研究”为代表的一批原创性重要研究成果,获国际、国内奖共458项,其中第三世界科学院物理奖6项,国家最高科学技术奖1项,国家自然科学奖28项,国家科技进步奖24项,国家发明奖8项。   在应用基础研究方面,2016年物理所共申请专利112项,获得专利授权68项。同时,物理所积极推进科技成果转移转化工作。2006年9月,物理所以技术入股成立了北京天科合达蓝光半导体有限公司,致力于碳化硅晶片的研发、生产和销售。天科合达在国内首次实现了碳化硅晶体的产业化,形成了每年3万片的产能,成为全球碳化硅晶片的主要生产商之一,产品出口到欧、美、日等二十多个国家和地区,2014年11月与物理所技术团队成功研发6英寸SiC单晶衬底。2016年11月18日,天科合达公司在“新三板”正式挂牌。2014年,物理所以专利技术“载波相位自稳定的中红外飞秒激光脉冲产生方法及装置”(专利授权号:ZL200810222628.0)无形资产出资成立“盐城物科光电技术有限公司”,推进飞秒激光设备的国产化开发和应用,有效地促进了我国高技术产业的发展。部分专利技术如新一代固态全色激光显示已显现出广阔的应用前景。2003年12月,依托物理所在锂离子电池及其关键材料方面的持续研发投入和联想投资有限公司等企业的资金投入,共同成立苏州星恒电源有限公司,已成为国际上三大电动自行车锂离子电池供应商之一,2015年公司完成股份制改造,更名为星恒电源股份有限公司。物理所现有控股、参股公司9个,其中以知识产权入股的5个。技术转移与成果辐射的省、市地区有北京、天津、新疆、江苏、浙江等。   物理所是中国物理学会的挂靠单位;承办的科技期刊有《物理学报》、Chinese Physics Letters、Chinese Physics B和《物理》。   放眼世界,展望未来,物理所面临新的发展机遇和挑战,任重而道远。物理所人将以“建成国际一流物质科学研究基地”为目标,面向国家战略需求、面向国际科学前沿,不断做出新的基础性、战略性、前瞻性的贡献。

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科研成果
先进制造技术

真空阴极弧薄膜沉积设备

项目概况: 薄膜沉积工艺是机械生产中在刀具材料上沉积一层难熔金属化合物,从而提高了刀具表面硬度、耐摩擦性、耐腐蚀性、耐热耐氧化性,又保留了基体良好的抗弯强度和韧性。因此发展薄膜沉积工艺,可以有效节约材料,降低能耗,并减轻对环境的污染,实现机械加工过程的绿色化。 我国工业上使用的超硬薄膜装置,无论是磁控溅射装置还是阴极弧装置,主要是从国外进口的设备或使用国外的技术,而且生产中原有的技术装备已经不能满足工业上日益提高的要求,亟需进行更新换代。 技术创新性: 中科院物理所瞄准国际薄膜沉积技术的先进水平,经过多年研究积累,现已发展具有自主知识产权的超硬薄膜沉积技术,并独立开发研制了真空阴极弧薄膜沉积设备。该装置同时具有阴极弧金属离子源和辉光放电气体离子源,采用离子注入和沉积相结合的材料表面改性新技术。其创新点在于: (一)在膜和基体之间形成连续的混合层,使薄膜与基体的结合力大大增加; (二)原子沉积和离子注入参数可以精确地独立调节,分别选用不同的沉积和注入元素,可以合成多种不同组分和结构的膜; (三)可在较低温度下生长各种薄膜,避免高温处理对基体材料性能的不良影响。 该研究成果拥有自主知识产权,处于业内领先水平,填补了国内相关领域的技术空白。利用该技术对国内多家单位产品进行处理后,效果良好,硬度、耐磨性、耐腐蚀性均有较大提高,使用寿命大大增加。 应用领域: 利用本装置可以对各类切削刀具、涡轮叶片等机械部件进行表面处理,以提高部件的防腐和抗磨等性能;还可用于对半导体制冷、半导体温差生电等设备中的陶瓷表面进行金属化处理,以提高金属表面与陶瓷基体的结合力,改善其性能等。主要应用在如下几个领域: (一)硬质薄膜沉积:为提高材料的耐腐蚀、耐磨损及耐高温性能而施加在材料表面的涂覆层,膜层材料涉及各种碳化钨,氮化物,硼化物等,如SiC, TiC, TiN, ZrN等; (二)多层结构硬质薄膜沉积:材料处理后形成的多层结构复合膜层界面有阻碍位错产生和运动的作用,还能够改善韧性,提高耐腐蚀性和抗开裂性等优点; (三)多元复合膜层制备:采用真空阴极弧技术可以制备例如 TiAlN、TiZrN、ZrSiN以及结构更复杂的TiN-TiAlN、ZrN-TiZrN等多元复合薄膜,从而解决单一薄膜的缺陷,改善薄膜的性能。 项目规划: 该项目组希望引进市场机构,共同对该技术进行深入研发,并成立产业化运营公司,共同推广该项目的市场化运营。

先进制造技术

超高亮度红光发光二极管外延片及功率型芯片

项目概况: 应用高亮度发光二极管实现固态照明己经成为全球的奋斗目标,它具有节能、长寿命、环保、使用电压低、维护成本低等一系列优点,将极大地减少能源消耗和二氧化碳等温室气体排放,保护我们赖以生存的地球。 中科院物理所积极参与中国科学院-天津市院市合作,目前LED照明项目已列入天津市重大发展专项计划之一。 通过本项目的实施,将在天津市首先实现红光HB-LED外延片、芯片的产业化, 最终将实现包括蓝绿光在内的全系列HB-LED外延材料与片产业化,解决国内半导体照明产业链中核心瓶颈问题,满足国内对中高档HB-LED外延片及片的急迫需求。 技术创新性: 该技术既属于技术驱动型又属于市场拉动型。目前在多量子阱结构,提高光的萃取效率,提高反向特性等方面有创新性设计,产品居于行业市场中高档水平。 市场前景: 针对发展半导体照明的市场需求,单色显示、三基色白光以及暖白光功能照明对红黄光的市场需求巨大,国内目前只有少数企业在做红光LED,有广阔的市场空间。 该项目合作企业2010年实现年生产超高亮度红光发光二极管外延片60000片的年生产能力,年产值2200万元人民币,实现利润达210万人民币的综合经济效益。企业扩产后,将积极开发新产品,扩大适销产品线,企业效益在市场竞争中将得到较大提高。 项目现状: 目前,该项目组与企业合作已完成中试阶段,且由于中试线的良好示范效果,企业进一步加大投入,增加两台MOCVD主设备,并建设芯片实验线,产能将扩大到原来的三倍。 通过市场调研发现,目前黄绿光、黄光LED外延片由于技术门槛高,但其发光波长适合人的视觉感受,因此需求旺盛但产品短缺,该项目组将加快黄绿光、黄光LED外延片的研发及其产业化生产步伐,这样可以提高产品档次,提高合作企业的竞争力。 产业规划: 项目组希望通过引进市场机构,灵活开展合作,增加深入科研投入,共同开拓蓝、绿、白光LED产品,以便更好地服务于国家相关产业发展。