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6月17日报告

报告题目:Electronic devices of two-dimensional semiconductors - from atomic to molecular 报告人:南京大学王欣然教授 时间:6月17日(周三)下午2:30 摘要:Two-dimensional materials (including graphene, MoS2, etc.) represent a promising class of materials for electronic and photonic devices, benefiting from their unique properties such as extremely high mobility and ultrathin body. In this talk I will present our works on electronic devices based on 2D atomic and molecular semiconducting crystals.      In the first part, we provide direct evidence that sulfur vacancies exist in exfoliated MoS2, introducing localized midgap donor states. At low carrier density, the charge transport in MoS2 is by electron hopping through these localized states, leading to much lower mobility than theoretical expectations and insulating behavior. We develop a facile low-temperature thiol chemistry to repair the sulfur vacancies and improve the interface, resulting in significant reduction of the charged impurities and traps in MoS2. High mobility greater than 80cm2 V-1 s-1 is achieved in backgated monolayer MoS2 field-effect transistors for the first time. We further develop a theoretical model to quantitatively extract the key microscopic quantities that control the transistor performances, including the density of charged impurities, short-range defects and traps.      In the second part, we demonstrate that high-quality few-layer dioctylbenzothienobenzothiophene molecular crystals can be grown on graphene or boron nitride substrate via van der Waals epitaxy, with precisely controlled thickness down to monolayer, large-area single crystal, low process temperature and patterning capability. As a result of the pristine crystal and interface quality, monolayer dioctylbenzothienobenzothiophene molecular crystal field-effect transistors on boron nitride show record-high carrier mobility up to 10cm2V-1s-1. Our work unveils an exciting new class of two-dimensional molecular materials for electronic and optoelectronic applications. 个人简介 王欣然,1981年生,南京大学电子科学与工程学院教授,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,教育部长江学者特聘教授。2004年本科毕业于南京大学物理系,2010年获得斯坦福大学物理学博士学位。2010-2011年先后在美国斯坦福大学和伊利诺伊大学香槟分校做博士后研究员。2011年入选首批“青年千人计划”,全职回到南京大学。主要研究方向是低维材料与信息器件,在二维结构体系的制备、调控、物性、器件等方面开展了系统性工作,在Science,Nature,Nature子刊等顶级学术期刊发表10余篇学术论文,论文总引用次数超过10000次。目前担任Scientific Reports期刊编委,以及Nature Nanotech., Nature Comm., Adv. Mater.等学术期刊的特约审稿人,2014年担任江苏省第五届青年科学家年会执委会主席。2014年获得“江苏青年五四奖章”以及“中国侨界贡献奖”。    

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[中国科学报]量子力学将迎“二次革命”

■本报记者 赵广立 “自量子力学诞生以来,人们主要在做一件事:求解薛定谔方程。这促使了激光、晶体管、核能等的产生。”中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿这样评价量子力学的第一个100年:“人们只关注能‘做什么’,不去问‘为什么’。” 然而,量子信息的发展打破了僵局。量子纠缠、非局域性等新概念,促使科学家开始重新审视量子世界的本质。 “新实验方法和手段的出现,提供了更多研究量子世界奥秘的有效工具,对量子力学的基础问题进行实验研究成为可能。”郭光灿说。 于是,在量子力学将进入新阶段的大背景下,国内首届“量子力学二次革命”论坛日前在合肥召开。 别问“为什么” 美国著名物理学家理查德·费曼会在第一堂课时告诫学生,不要问量子力学“为什么”,因为没人知道。 “量子力学仍有很多基础问题亟待解决。”中国科学技术大学教授韩永建引用了量子力学创始人之一尼尔斯·玻尔的话:谁不对量子物理感到困惑,他肯定不懂它。 “微观理论和经典世界的矛盾导致了爱因斯坦与玻尔之争。”郭光灿说,爱因斯坦认为,量子力学理论的不完备导致了量子世界的概率性、非局域性;而坚持“眼见为实”的玻尔认为,量子世界是虚幻的,只有对量子世界进行测量后的结果才是真实的。 虚拟的微观世界如何筑成真实的宏观世界?玻尔并未给出令人信服的解释,爱因斯坦也没找到能被实验证实的更完备理论。 100年来,以玻尔为首的“哥本哈根学派”被认为是量子力学的正统诠释。该诠释虽不令人满意,但其后一些企图替代它的理论,漏洞并不比玻尔理论少。“哥本哈根学派是量子世界的‘执政党’,现在要看哪个‘在野党’有可能‘革命’。”韩永建比喻说。 事实上,哥本哈根学派的“执政地位”已受到挑战。先后有“量子惠勒延迟选择——光的波粒叠加实验”和“弱测量直接观测波函数”挑战了玻尔的互补原理和“波函数非物理实在”的观念。 少数派的“二次革命” 玻尔曾将经典世界比作“一个四壁布满探测器的房间”,这些探测器可解释房间里发生的所有事情——无论是氢原子光谱,还是多体系统的性质,都没跳出这个房间。 “量子力学的二次革命,就是要打开房间里的窗户,看看外面到底是什么。”韩永建说,量子信息发展的新技术、新概念,有可能对房间外面的信息进行实验检验。 郭光灿表示,量子力学“二次革命”的号角吹响于2014年。为纪念贝尔不等式50周年,《自然—物理》杂志发表量子力学专刊,提出“二次革命”的口号。随后,《自然》杂志刊登题为《“量子战鼓”已经敲响》的周评。不过,“客观地说,‘二次革命’这个命题还不是主流,只有少数科学家关注。”郭光灿认为,在目前乃至相当一段时间里,该领域将是学术界的“冷门”和“少数派”。 从事物理学哲学、物理学史研究的中科院自然科学史所副研究员高山对此颇为认同:“人们至今对量子理论的诠释很多还停留在哲学层次。我相信有了(特别是实验)物理学家的重视,这个领域在5~10年内会有重要进展。” “反哺”基础命题 郭光灿表示,当新的实验事实积累到某种程度时,人类中的“爱因斯坦二世”就会诞生,新理论将应运而生。“这是我对量子力学第二次革命的期待。而当务之急是运用已发展的量子技术进一步研究量子世界,发现更丰富的实验事实,为探索新理论打下扎实基础。” 在北京大学物理学院现代光学研究所研究员何琼毅看来,随着量子技术的提高,是时候“反哺”一些量子力学的基础命题了。 “在量子力学第一次革命中,中国人来不及,而现在我们处于国际同一水平,是作贡献的时候了。”郭光灿说,100多年都没人能回答清楚“为什么”作量子力学研究,所以不能迷信权威。 “对量子力学‘为什么’的探索将是个艰苦的过程,研究者要勇于开拓。”郭光灿说:“我们目前处在学术研究空前自由活跃的时期,年轻人要有志气抓住机遇去迎接这个历史性挑战。” 《中国科学报》 (2015-06-16 第1版 要闻)

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