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        (一) 物理学

        物理学是研究物质结构、性质、基本运动规律及其相互作用的学科,是推动科学发展和技术革新的源动力。本一级学科围绕光学传感与新型显示、量子信息与量子计算等重大学科前沿,开展了创新研究,具有显著优势和特色,主要如下:

1、光学传感与新型显示:在微纳幅度振动信号的保真拾取、工业电炉实效监测和新型特种显示薄膜材料等方面进行了深入研究,形成了一定的研究特色:在国家有关部委的稳定支持下,长期致力于基于光学干涉原理的微纳幅度振动信号的保真拾取,研发系列激光与光纤微纳振动传感系统,并在公共安全等领域取得成功应用,社会效益明显;以工业电炉实效监测与优化为目标,开展红外热像、光谱分析等光电监测手段在炉内物料热工实效监测及物料成分、炉膛气氛分析等应用研究,2008与马鞍山钢铁股份有限公司共同承担了国家“863”重点项目《高速动车组用车轮的研究与开发》;通过薄膜微结构、光电性质及其与光电性质之间联系研究,制备出多种结构性能稳定可控、综合品质因素高的新型透反射式高电导Ag-ITO复合薄膜,并将在新型LCD显示技术及特种显示技术中应用。

2、量子信息与量子计算:基于量子力学基本原理,开展了如何利用量子资源与量子方法来实现经典信息操控的研究,以实现操控过程中信息的绝对安全;基于光学系统、离子阱、腔量子电动力学等物理系统,实现一些量子纠缠态的制备与处理;基于一些物理系统,来实现未来量子计算机的基元以及实现经典计算已有的或没有的算法。在该领域内,做出了系列特色鲜明的创新性研究。

3、原子分子与核结构:开展了弱束缚核奇特结构研究,建立了自洽处理束缚态、共振态和连续谱的微观理论,预言在中等质量区可能存在晕和皮等奇特结构;发展了形状演化和相变的微观理论,预言了若干具有X(5)/E(5)对称性核,与实验结果和IBM模型理论预言一致;系统研究了原子分子和核等微观粒子运动的量子和相对论效应,发现微观粒子运动存在自旋和赝自旋对称性。

4、凝聚态物理和应用:开展了电介质物理、低维物理体系量子相变和纠缠性质理论、纳米材料及器件性质的计算模拟等系统研究。在“211”一期、二期和三期的连续稳定支持下,拥有了完善的样品制备、材料结构表征、物性测量及能谱研究设备。

        (二)材料科学与工程

        材料、能源和信息是支撑现代社会的三大支柱。材料与信息的有机结合,形成信息材料与器件研究领域。本学科围绕信息材料的设计与制备、物性研究和应用形成了5个有特色和优势的研究方向。

1、先进光电功能薄膜及器件应用:瞄准国家和安徽省中长期发展规划以及社会经济发展的重大需求,重点研究先进光电功能薄膜材料,包括贵金属/介质(半导体)复合薄膜、新型透明导电薄膜、宽禁带半导体薄膜、高k介电薄膜、太阳能电池薄膜等。从薄膜制备入手,研究薄膜材料复杂微结构及性能的先进表征技术和评价手段,通过对薄膜材料的结构设计来实现对其光电性能的调控,开发具有独特性能的功能薄膜,并探索先进光电功能薄膜材料在现代光电子器件中的应用。

2、先进磁性材料与器件:利用安徽的铁砂资源,研发先进软、硬磁铁氧体材料与器件。因成绩突出,曾获国家星火计划二等奖。长期的产学研合作为安徽省磁性材料产业发展提供着有力支撑。研发新型磁性材料与器件,如软、硬磁合金材料、金属多层膜巨磁阻材料和全氧化物磁性异质结材料及器件。汽车电机用高性能永磁铁氧体材料与器件、磁栅尺磁性位移传感器等研发水平国内领先。

3、介电功能材料研究:介电功能材料是信息时代的材料基础,作为声、光、电、热、磁、力相互作用和转化的重要载体,在微电子,光学、遥感、通讯、航空航天等高科技领域具有重要的应用。本实验室着眼于能源、环境和信息技术对介电功能材料的重大需求,把研究重点定位于以下三种材料:介电功能材料、环境功能材料、能源功能材料。从材料的设计、制备与加工以及性能表征过程中所涉及的新概念、新结构、新方法、新技术等方面着手,力求在实验和理论的源头上有所创新和突破。

4、高k材料与微纳器件研究:着眼于当前微光、电子器件领域所面临的重大挑战而开展了新型功能材料的探索以及相关新型纳米器件的研究工作,重点研究包括:新型超薄栅与高迁移率沟道材料的集成;基于宽禁带半导体的光电器件与硅基集成;新型低维辐射探测材料的合成与与太赫兹器件集成。近几年课题组研究特色主要基于目前流行的原子层沉积的技术,生成具有自清洁行为的目标氧化物,解决了学界一直以来采用化学方法难以清除表面氧化物的难题。这种沉积方法有效控制了超薄栅和沟道材料的多界面态行为,改善了金属氧化物半导体器件的电学性能,为今后高电子迁移率器件的微型化和高速化的发展奠定了基础。

5、太阳能材料研究:新型功能纳米结构的三维介孔微球因在太阳能和催化等方面具有良好的应用前景而成为化学家和材料学家重点研究对象之一。二元、三元硫化物是一类带隙为1.5eV的三元直接带隙半导体材料,其吸收系数达每厘米十万的量级,在薄膜太阳电池中可作高效吸收层和还原剂。石墨烯是一种二维晶体,具有极高的载流子迁移率;同时它也具有良好的化学还原特性。探索纳米片组装的单一形貌、高比表面积含介孔的三维硫化物微球制备技术,以及将该微球镶嵌在石墨烯六角网格中组装成复合微球的方法。利用复合微球中介孔结构硫化物高比表面积、石墨烯的高电子迁移率和二者良好的还原特性以及镶嵌后石墨烯对光阴极空隙的有效填充,将该复合微球制作成染料敏化太阳电池的对电极,以实质性地提高光电转换效率。

6、凝聚态物理与低维材料设计、计算:瞄准凝聚态物理与低维材料中重大科学问题,重点研究强关联系理论,包括高温超导电性理论、量子相变与量子纠缠理论。基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究低维材料物理和化学性质,通过对低维材料的结构设计来实现对其电磁性能的调控,开发具有独特电磁性能的功能低维纳米材料,并探索低维纳米材料在低维纳米电子与自旋器件中的应用。 

        (三)光学工程

        光学工程是一门历史悠久而又年轻的学科。该学科是以光学为主,并与信息科学、材料科学、精密机械与制造及微电子技术等紧密交叉和相互渗透的学科。本一级学科围绕激光与光纤传感、光电检测技术、光电信息材料及器件、视频全息成像等开展了深入的研究,形成了4个有特色和优势的学科方向。

1、激光与光纤传感:近十年来,为满足国家有关部门的技术需求,始终以微纳幅度振动信号的保真拾取为研究对象,在国家有关部委的稳定支持下,以光学为主要手段,研发了系列具有自主知识产权的光纤激光器、激光与光纤微纳振动传感系统,并在公共安全等领域取得成功应用,形成了一定的研究特色,社会效益明显。

2、光电检测技术:着重开展针对工业炉窑实效性的监视、检测方法及在线评测技术的研究,内容包括炉内加热件的温度检测、热力场分布、炉内物料成分测定、工业炉窑安全预警、炉管残余寿命预测等。本方向经十余年的研发积累,已在炉内工件表面温度全面监测方法及燃烧优化控制、工业炉窑安全预警等方面形成自身独特优势,科研成果已广泛应用于冶金、化工、建材等多个行业。

3、光电信息材料及器件:研究新型透反射式高电导贵金属-ITO复合薄膜的组分、微结构和光电性质,以及在新型LCD中的应用;开发制备系列贵金属/陶瓷复合团簇薄膜;系统地研究了二阶非线性光学配合物,得到了新的激光倍频配合物;深入地研究了双光子吸收材料及相关光物理性质;设计合成了多枝状新型结构的电致发光材料。

4、视频全息成像:研究基于强度图像的相位恢复,并把相位信息用全息图计算、动态空间光调制,实现真3D动态全息显示,搭建了国内第一套动态全息激光显示实验装置。在PDE和CS(可压缩传感理论)框架下,实现从物理层到计算层乃至抽象表示之间的信息的有效转换以及光电系统的最优集成。与此同时,借助信息的最优化,寻求传统计算机视觉中一些难点问题的突破。

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