极端光学研究走在世界前列
报送单位:北京大学 推荐单位:北京大学

支撑项目(平台):人工微结构和介观物理国家重点实验室

参与单位:北京大学

所属学科:物理学

主要贡献者:龚旗煌、胡小永、肖云峰、朱瑞、刘运全、吴成印、古英、彭 良友、杨宏

成就简介:团队长期坚持在介观光学、超快光物理和光电子学等极端光学前沿领域开展基础研究。近几年,在国际权威期刊Science、NaturePhotonics、NaturePhysics和PhysicalReviewLetters等发表论文500余篇;成果获国家自然科学奖二等奖,3次入选中国高校十大科技进展。

  近二十年来,由龚旗煌院士带领的团队在极端光学研究领域孜孜耕耘,不断探索与创新,取得了丰硕成果。特别是,长期坚持在介观光学、超快光物理和光电子学方面开展基础研究,在部分方向上引领了国际学术前沿,已经成为极端光学领域的国际学术高地。代表成果如下:
  1)在介观光学方面,团队承担国家基金委重大科研仪器研发任务。率先将非线性复合材料引入到集成全光逻辑器件研究,提出激发态分子间电荷转移增强非线性的新方法,克服了集成全光逻辑器件面临的材料瓶颈限制,微纳全光开关阈值光功率降低了 6 个数量级,同时保持皮秒量级超快开关响应,达到了实用化要求,解决了该领域一直未能解决的超快响应和低功率要求矛盾的难题。团队提出混沌辅助的光子角动量转换新原理,实现了光学微腔的高效、超宽谱光耦合;将微腔物理研究推进到超高灵敏光学传感应用上,提出微腔模式加宽、劈裂和耗散型相互作用等多个新原理,实现了纳米尺度单颗粒检测。
  2)超快光物理方面,团队建成了国内首台强场超高真空离子电子符合测量的动量成像谱仪和载波相位可控超快激光系统等。团队发现原子分子隧道电离超低能电子精细能谱结构,揭示出库仑相互作用对电离电子动力学的重要影响;发展了量子蒙特卡洛理论,实现电子轨迹和电子电离几率的全程跟踪,揭示出光电子干涉起源;发现激发态对高次谐波辐射的贡献,揭示低于电离阈值的高次谐波辐射机制,提出了基于低能电子散射的阿秒条纹相机模型。
  3)光电子学方面,团队重点开展有机半导体光电子材料和器件的创新研究,在钙钛矿光电子学研究方向取得系列国际领先的成果。通过组分调控、界面载流子收集平衡设计、双铅源协同构效优化等策略,不断推升反式钙钛矿光伏器件的光电转换效率,始终居于国际领先水平;采用“溴化胍辅助二次生长”方法,显著降低器件中非辐射复合的能量损失,在反式钙钛矿光伏器件中获得超过 21%的光电转换效率,创造了该类光伏器件效率的世界最高记录。
  相关成果获“国家自然科学二等奖”、“何梁何利科学与技术进步奖”、“中国高校自然科学一等奖”等重要奖励,3 次入选“中国高校十大科技进展”。团队入选了“国家基金委创新研究群体”和“科技部创新研究团队”,涌现出众多具有国际影响力的优秀中青年学者,现有中科院院士 1 人,长江学者 5 人,杰青 7 人等。

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