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　　黑色的石墨質(zhì)地柔軟，可以做潤滑劑；透明的金剛石則是地球上已知最硬的材料，可以做半導(dǎo)體材料。很難想象這兩樣?xùn)|西，竟然都是由碳元素構(gòu)成。

　　“這是因?yàn)榻饎偸窃诘厍騼?nèi)部高壓高溫環(huán)境形成的，很多物質(zhì)的高壓狀態(tài)和常壓截然不同，這就是研究高壓并運(yùn)用高壓技術(shù)研制和發(fā)現(xiàn)新材料的原因?！敝锌圃何锢硌芯克芯繂T靳常青告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。

　　通過在高壓環(huán)境下對(duì)磁電衍生材料的研究，靳常青團(tuán)隊(duì)獲得了2016年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

　　造金剛鉆 攬瓷器活

　　據(jù)靳常青介紹，在自然界中，高壓狀態(tài)普遍存在，由于萬有引力的作用，星體內(nèi)部通常都是高壓狀態(tài)，如地心的壓力是365萬個(gè)大氣壓。

　　開展高壓科學(xué)技術(shù)研究，設(shè)備是一大門檻。要達(dá)到實(shí)驗(yàn)需要的性能，實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、開發(fā)具有極高的技術(shù)性。

　　今年2月，在中科院物理所一樓的實(shí)驗(yàn)室里，《中國科學(xué)報(bào)》記者見到了靳常青研究組剛剛組裝好的2300噸位的高壓合成裝置“超高壓6～8 II型”，一臺(tái)大尺寸磁電衍生材料單晶生長儀器。

　　“這臺(tái)儀器前后花費(fèi)了將近兩年時(shí)間進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、加工?！苯Ｇ嗯闹约旱摹皩氊悺闭f，“實(shí)驗(yàn)研究關(guān)鍵是有想法，必須自己設(shè)計(jì)儀器設(shè)備，才能做出與眾不同的研究”。

　　20年來靳常青帶領(lǐng)學(xué)生和同事發(fā)展了一系列用于功能材料研究的先進(jìn)高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如國內(nèi)第一臺(tái)集高壓、溫度和強(qiáng)場于一體的綜合表征系統(tǒng)。

　　有了這些高壓技術(shù)的“金剛鉆”，靳常青團(tuán)隊(duì)攬下了磁電衍生新材料研發(fā)這個(gè)“瓷器活”。

　　三大方向 各個(gè)突破

　　由于電子自旋和軌道及電荷的復(fù)雜相互作用會(huì)衍生出許多重要的磁電耦合物理現(xiàn)象，這類材料被統(tǒng)稱為磁電衍生材料，包括關(guān)聯(lián)氧化物、金屬間化合物、強(qiáng)耦合體系等。而其中的非常規(guī)超導(dǎo)體、稀磁半導(dǎo)體、拓?fù)浣^緣體等正是靳常青團(tuán)隊(duì)的主攻方向。

　　超導(dǎo)是指物質(zhì)在一定溫度下電阻降為零的性質(zhì)，擁有廣闊的應(yīng)用前景，室溫超導(dǎo)的研究一直是國際前沿的方向。靳常青研究組發(fā)現(xiàn)并命名了國際公認(rèn)的鐵基超導(dǎo)主要體系之一 ——“111”體系。

　　稀磁半導(dǎo)體則被認(rèn)為是突破摩爾定律的理想途徑之一。隨著半導(dǎo)體器件越做越小，物理上已接近極限，進(jìn)而遭遇量子瓶頸。傳統(tǒng)半導(dǎo)體只用到電子的電荷屬性，稀磁半導(dǎo)體是在半導(dǎo)體加入少量自旋，使之同時(shí)擁有電荷屬性和自旋屬性，從而大大增加信息存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化功能。

　　但該材料體系面臨三大難題：自旋很難摻雜進(jìn)去，居里溫度提高很慢；只能做成薄膜，很難做體材料，應(yīng)用受限；只能做P型摻雜材料，很難做N型摻雜材料。

　　“我們把電荷和自旋摻雜機(jī)制分離之后，這3個(gè)問題就迎刃而解了，還表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性質(zhì)，在其他材料中很難看到?！苯Ｇ喔嬖V記者。

　　拓?fù)浣^緣體也是一種重要的磁電衍生材料，其體內(nèi)是絕緣體，表面卻是導(dǎo)電的，具有重要應(yīng)用前景。靳常青團(tuán)隊(duì)利用高壓條件進(jìn)行拓?fù)漕惒牧象w系探索，也是國際上第一個(gè)用高壓把拓?fù)浣^緣體做成具有宏觀量子凝聚特性材料的研究組。

　　他們進(jìn)一步拓展研究，通過高壓制備技術(shù)，發(fā)現(xiàn)和揭示了巡游磁性和多鐵性等序列磁電衍生新材料和現(xiàn)象。目前，研究組已經(jīng)在新的高壓技術(shù)手段和磁電衍生功能新材料體系方面獲得多項(xiàng)專利?！半m然應(yīng)用還有一定距離，但正在不斷向目標(biāo)靠近?！苯Ｇ嗾f。

　　另辟蹊徑 貴在堅(jiān)持

　　有了“金剛鉆”，還需要獨(dú)特的學(xué)術(shù)思想，才能做出有特色的研究，這也是靳常青多年科研生涯堅(jiān)持的準(zhǔn)則。

　　研究組成員、中科院物理所副研究員鄧正表示，對(duì)稀磁半導(dǎo)體經(jīng)典體系的研究已經(jīng)比較成熟，居里溫度上升較慢，因此研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，做了新的設(shè)計(jì)，得到了新穎的材料。他告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者：“現(xiàn)在國外有人在跟蹤我們的工作，往器件方向做，但是材料體系是我們發(fā)現(xiàn)的?！?/p>

　　靳常青對(duì)鐵基超導(dǎo)研究方向的選擇也同樣另辟蹊徑。鐵基超導(dǎo)研究大熱時(shí)，他目標(biāo)明確：不做已經(jīng)有人做的工作，而是尋找新的體系。

　　幸運(yùn)的是他們找到了。項(xiàng)目第二完成人、副研究員望賢成告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，他們發(fā)現(xiàn)的“111”體系迅即引發(fā)國際同行跟進(jìn)拓展?！拔覀兘又紫乳L出了單晶體，國際上許多著名研究組用我們的單晶開展合作研究，我們保持了在材料研制上的領(lǐng)先地位?！?/p>

　　“20年來我們下了很多功夫，從高壓研究裝置的設(shè)計(jì)搭建入手，瞄準(zhǔn)高壓技術(shù)和功能材料前沿，不忘初心持之以恒，以高壓技術(shù)創(chuàng)新為引領(lǐng)，最終功夫不負(fù)有心人，研究成果得到國內(nèi)外同行高度認(rèn)可，有些方向走在了前面?！苯Ｇ嗾f。