胡志高：材料物理科研綻光輝

本刊記者 王 涵

“生活的支點在哪里？”這是當(dāng)下許多年輕人困惑的問題，而胡志高立志把攀登科研高峰確定為生活的支點，多年過去了，他以自己的執(zhí)著、堅守、努力與奮斗實踐著自己對科學(xué)事業(yè)的堅持、對人生的崇高追求，并將繼續(xù)鍥而不舍地鉆研、默默無聞地奉獻，來完成他絢麗的人生答卷。

解讀材料密碼 搶占學(xué)科前沿

2004年3月，胡志高在中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所獲理學(xué)博士學(xué)位，師從褚君浩院士。博士畢業(yè)后，胡志高又遠赴美國佐治亞州州立大學(xué)和德國海德堡大學(xué)從事博士后研究工作。

名師的指導(dǎo)、名校的恩澤使胡志高的學(xué)術(shù)水平日益精進，近年來最讓胡志高引以為豪的科研項目，莫過于他對寬禁帶鐵電材料光電特性的深入研究。

隨著微電子和光電子技術(shù)的不斷飛速發(fā)展，以Si和GaAs為代表的半導(dǎo)體技術(shù)、工藝以及器件設(shè)計和制備日趨成熟。由于半導(dǎo)體芯片制造越來越趨于微型化以及隨著光刻技術(shù)的進一步發(fā)展，深紫外光源將是制約這一關(guān)鍵技術(shù)的主要瓶頸之一。然而由于Si和GaAs材料的禁帶寬度在近紅外區(qū)，使得實現(xiàn)紫外發(fā)光和探測極為困難。當(dāng)前研究最為熱門的氮化物和氧化物半導(dǎo)體材料具有較寬的能量帶隙，處于可見紫外區(qū)，使得它們在新一代微電子技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，生長和制備基于它們的光電子器件的成熟技術(shù)仍然存在許多問題，還需要進一步更深入的研究。另一方面，電荷/自旋極化材料，諸如鐵電、多鐵以及磁性氧化物半導(dǎo)體材料屬于新型光電子功能材料，它們的光學(xué)性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)同樣也是材料學(xué)科的一個重要研究分支。與氮化物半導(dǎo)體材料相比，鐵電、鐵磁氧化物材料不僅同樣具有較寬的光學(xué)帶隙，而且由于具有良好的鐵電、壓電、熱釋電、高介電常數(shù)以及鐵磁性能(摻雜少量的稀磁元素)被廣泛應(yīng)用于非揮發(fā)性存儲器、傳感器、光電開關(guān)、光波導(dǎo)、微波通訊器件和室溫紅外探測器等光電子器件領(lǐng)域。

鐵電材料具有較寬的光學(xué)帶隙以及電荷/自旋極化等顯著特點。作為新型的下一代光電子信息功能材料，它們能夠應(yīng)用在超大容量存儲器、微波通訊、短波激光器、紅外探測以及自旋器件等與國民經(jīng)濟息息相關(guān)的各個領(lǐng)域。它的這些重要應(yīng)用都需要我們對它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備和光電乃至磁學(xué)特性本質(zhì)有著十分清楚的認(rèn)識。

胡志高表示，通過對這些氧化物極化材料做一些適當(dāng)?shù)膿诫s改性，我們也可以改變這些極化材料電子能帶的填充狀態(tài)，從而實現(xiàn)對自由電荷及其自旋的調(diào)控和操縱。另外，對這些寬禁帶極化材料及其低維結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一個重要的科學(xué)問題?？紤]到目前的微電子和光電子功能器件的微型化、高速工作、集成度高以及超大容量存儲等特點，這樣從應(yīng)用上對寬禁帶極化材料的物理特性和結(jié)構(gòu)調(diào)控將有著更進一步的需求。這一目標(biāo)也可以通過發(fā)展新型鐵電、多鐵性氧化物和對材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及調(diào)控來加以實現(xiàn)。

潛心致力研究 登上科學(xué)高峰

科研如打仗，誰先占領(lǐng)了高地，誰就贏得了主動權(quán)！近年來，胡志高主持了包括國家重大科學(xué)研究計劃子課題、國家自然科學(xué)基金、上海市科委基礎(chǔ)研究重大、重點項目以及上海市教委重點項目等多項科研課題。這些科研成果開拓了凝聚態(tài)光電子材料及物理的研究新領(lǐng)域，推動了鐵電鐵磁氧化物材料基信息光電功能器件的研制和開發(fā)，為國家、社會和經(jīng)濟的發(fā)展提供了有力的支撐和保障。

在國家重大科學(xué)研究計劃子課題(鐵電和碳基微納結(jié)構(gòu)中光電耦合和光誘導(dǎo)集體激發(fā)的調(diào)控)的支持下，胡志高和合作者系統(tǒng)性研究了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電單晶和薄膜材料的光電耦合性能。特別地，他們建立了通過變溫透射光譜來判定鐵電單晶相結(jié)構(gòu)的新方法；建立了它們的鐵電-順電相變點和二級相變結(jié)構(gòu)對摻雜組分/有序度的依賴規(guī)律。更進一步，發(fā)展了通過拉曼光譜來揭示鐵電材料體系中的精細結(jié)構(gòu)相變的有效技術(shù)。

在上海市科委基礎(chǔ)研究重點項目(新型寬禁帶極化材料及其低維結(jié)構(gòu)的設(shè)計制備與光電子特性)的支持下，胡志高和合作者針對鈣鈦礦型鐵酸鉍、介電氧化物、導(dǎo)電金屬氧化物以及磁性摻雜的氧化物半導(dǎo)體等新型低維結(jié)構(gòu)氧化物材料的光電性質(zhì)展開系統(tǒng)性研究，建立了這些材料的電子能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)躍遷、宏觀色散常數(shù)以及電學(xué)特性等物理參數(shù)對制備條件、結(jié)晶質(zhì)量以及晶粒尺寸等的依賴規(guī)律。

攀登科研高峰永無止境。當(dāng)前胡志高又將科研方向?qū)?zhǔn)了鈣鈦礦型鐵電、多鐵以及導(dǎo)電金屬氧化物納米晶薄膜的光電特性，同時發(fā)現(xiàn)外加溫度場對多鐵材料的光學(xué)性質(zhì)和電子態(tài)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。同時，也進一步建立了外加電場對導(dǎo)電金屬氧化物薄膜光學(xué)響應(yīng)的調(diào)控規(guī)律。

引領(lǐng)莘莘學(xué)子 奉獻教育事業(yè)

科研是接力賽，人才是關(guān)鍵！2007年4月，胡志高到華東師范大學(xué)任教，他將獲得的最新科研成果與本科生和研究生專業(yè)課程的講授相結(jié)合的方式，不斷加強本科生和研究生的科研素質(zhì)培養(yǎng)，特別是提升他們對本學(xué)科前沿問題的認(rèn)識和了解。將新型光譜系統(tǒng)方法用于物質(zhì)科學(xué)研究，開展凝聚態(tài)物質(zhì)中的光電磁特性研究，促進學(xué)科交叉研究的創(chuàng)新發(fā)展，開辟凝聚態(tài)物質(zhì)微電子學(xué)研究的新領(lǐng)域。目前已培養(yǎng)1名博士和3名碩士，在讀博士研究生10名以及碩士研究生3名。其中有1名博士生獲得教育部博士研究生學(xué)術(shù)新人獎的資助。

此外，他通過發(fā)展凝聚態(tài)光電子學(xué)，圍繞高質(zhì)量氧化物薄膜材料的制備、光電磁學(xué)特性評價及其外場調(diào)控和新型光電功能器件原型設(shè)計和概念等熱點研究領(lǐng)域，已組建包括1名副教授、若干名博士后、博士和碩士研究生等在內(nèi)的合理人才梯隊結(jié)構(gòu)，造就了一支有影響的研究團隊。