項目簡介：  

本項目屬凝聚態(tài)物理的界面生長物理學(xué)方向。圍繞晶體生長的微觀機制，建立了系統(tǒng)的實際晶體生長的缺陷機制理論體系；揭示了重力場中表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應(yīng)，發(fā)展了環(huán)境相中的傳輸理論；系統(tǒng)地研究了非平衡系統(tǒng)中生長形態(tài)的分叉機制和調(diào)控規(guī)律，闡述了成核、生長與界面環(huán)境的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展了微/納晶體的生長與自組裝的技術(shù)。

1．基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態(tài)的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為臺階源對界面生長作出貢獻(xiàn)，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論。該系列工作被應(yīng)用到廣泛的生長系統(tǒng)中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發(fā)展之一。

2．設(shè)計了若干傳輸限制的生長系統(tǒng)，揭示了表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了受限的溶質(zhì)傳輸與非線性生長動力學(xué)的耦合導(dǎo)致的生長界面前濃度場的自發(fā)振蕩，并揭示了其對一系列時空周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。該系列工作發(fā)展了環(huán)境相中晶體生長的傳輸理論，促進(jìn)了傳統(tǒng)晶體生長學(xué)與非線性物理的學(xué)科交叉。、

3．系統(tǒng)地發(fā)展了非平衡條件下的生長形態(tài)學(xué)與動力學(xué)。首創(chuàng)了超薄電化學(xué)沉積等實驗體系和方法，系統(tǒng)地揭示了規(guī)則分岔、無規(guī)分岔的物理原因以及噪音產(chǎn)生的物理圖象；發(fā)展了流體失穩(wěn)噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法。深刻研究了成核與界面環(huán)境的關(guān)系，通過可控選區(qū)成核發(fā)展了金屬微結(jié)構(gòu)的圖案生長技術(shù)；發(fā)現(xiàn)了異質(zhì)襯底上晶體橫向生長時表面張力造成的長程有序結(jié)構(gòu)的生長機制。該系列工作為微/納結(jié)構(gòu)的自組織生長技術(shù)提供了物理基礎(chǔ)。

本項目包含35篇發(fā)表在 Nature, Phys. Rev. Lett., Adv. Mater., Phys. Rev. 等重要刊物的論文，晶體生長專著一部。10篇代表作被200篇次他人SCI論文正面引用，引文來自Phys Rep., Science, JACS, PRL 等刊物。本項目在重要國際會議，如APS March Meeting, MRS Fall Meeting上做邀請報告15余次。

主要發(fā)現(xiàn)點：

本項目從近平衡條件下晶體生長缺陷機制和遠(yuǎn)離平衡條件下時空自組織現(xiàn)象出發(fā)，研究晶體生長的機制、過程和形態(tài)。建立了近平衡條件下系統(tǒng)完整的實際晶體生長的缺陷機制；通過揭示重力場中表面張力對流和電致對流對生長的效應(yīng)，發(fā)展了環(huán)境相中的傳輸理論；通過揭示規(guī)則分岔和無規(guī)分岔的物理原因、生長形態(tài)的轉(zhuǎn)變機制和選擇規(guī)律、以及流體失穩(wěn)噪音與分子熱運動噪音的抑制方法等，系統(tǒng)發(fā)展了非平衡生長系統(tǒng)中的晶體生長形態(tài)學(xué)與動力學(xué)；以此為基礎(chǔ)，闡明了成核與界面環(huán)境的關(guān)系，發(fā)展了金屬微結(jié)構(gòu)的圖案生長技術(shù)，揭示了自組織生長中若干長程有序結(jié)構(gòu)的形成機制，為自組織生長技術(shù)提供了物理基礎(chǔ)。

1. 對經(jīng)典晶體生長理論和生長動力學(xué)的貢獻(xiàn)。

基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態(tài)的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為生長臺階源對界面生長作出貢獻(xiàn)，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論 (論文 7-10)。該系列工作被應(yīng)用到廣泛的生長系統(tǒng)中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發(fā)展之一。（學(xué)科：界面生長物理學(xué)；晶體生長學(xué)）

2. 發(fā)展環(huán)境相中晶體生長傳輸理論，促進(jìn)傳統(tǒng)晶體生長與非線性物理的學(xué)科交叉。

設(shè)計了若干傳輸限制的生長系統(tǒng)，揭示了表面張力對流和電致對流對界面生長的效應(yīng)(論文1等)，發(fā)現(xiàn)了受限的溶質(zhì)傳輸與非線性生長動力學(xué)的耦合導(dǎo)致的濃度場的自發(fā)振蕩及其規(guī)律，揭示了其對產(chǎn)生一系列時空周期結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)(論文2等)。（學(xué)科：界面生長物理學(xué)；晶體生長學(xué)）

3. 系統(tǒng)發(fā)展了非平衡條件下的生長形態(tài)學(xué)與動力學(xué)。

首創(chuàng)了超薄電化學(xué)沉積等實驗體系和方法 (論文4等)，系統(tǒng)地揭示了規(guī)則分岔、無規(guī)分岔的物理原因以及噪音產(chǎn)生的物理圖象 (論文6等)；發(fā)展了流體失穩(wěn)噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法；發(fā)現(xiàn)了單分子膜體系中由局域光輻照控制的生長現(xiàn)象，系統(tǒng)研究了分形、枝晶與小面化晶體間的形態(tài)轉(zhuǎn)變；深刻研究了成核與界面環(huán)境的關(guān)系(論文3,5等)。（學(xué)科：界面生長物理學(xué)；表面與界面物理學(xué)）

4．促進(jìn)微-納尺度晶體生長與組裝技術(shù)的發(fā)展。

通過表面修飾實現(xiàn)可控選區(qū)成核，發(fā)展了金屬微結(jié)構(gòu)的圖案生長技術(shù)(論文5等)；借助生長界面前濃度場自發(fā)振蕩和超薄電化學(xué)沉積系統(tǒng)，實現(xiàn)了周期納米結(jié)構(gòu)陣列的自組織生長(論文4等)；發(fā)現(xiàn)了異質(zhì)襯底上晶體橫向生長時三相交接處表面張力引起的長程有序結(jié)構(gòu)的生長機制(論文3等)。 （學(xué)科：界面生長物理學(xué)）

主要完成人：

1.  王牧

本項目晶體生長行為和遠(yuǎn)離平衡條件下時空自組織現(xiàn)象的主要發(fā)現(xiàn)者，對主要發(fā)現(xiàn)點2、3、4作出主要貢獻(xiàn)。設(shè)計了若干傳輸限制的生長系統(tǒng)，揭示了表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了溶質(zhì)傳輸與非線性生長動力學(xué)耦合導(dǎo)致的生長界面前濃度場的自發(fā)振蕩，并揭示了其對一系列時空周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的貢獻(xiàn); 首創(chuàng)了超薄電化學(xué)沉積等實驗體系和方法，揭示了規(guī)則分岔、無規(guī)分岔的物理原因以及噪音產(chǎn)生的物理圖象；發(fā)展了流體失穩(wěn)噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法。深刻研究了成核與界面環(huán)境的關(guān)系，通過可控選區(qū)成核發(fā)展了金屬微結(jié)構(gòu)的圖案生長技術(shù)；發(fā)現(xiàn)了異質(zhì)襯底上晶體橫向生長時表面張力造成的長程有序結(jié)構(gòu)的生長機制等。工作量占80％。

2.  閔乃本

本項目近平衡條件下晶體生長缺陷機制和生長動力學(xué) (發(fā)現(xiàn)點1)的主要完成人，同時對發(fā)現(xiàn)點2-4作出重要貢獻(xiàn)�；�于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態(tài)的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為臺階源對界面生長作出貢獻(xiàn)，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論。該系列工作被應(yīng)用到廣泛的生長系統(tǒng)中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發(fā)展之一。工作量占60％。

10篇代表性論文：

1.   Formation of a mesh-like electrodeposit induced by electroconvection Nature 367, 438-441 FEB 3 1994

2.   Alternating morphology transitions in Electrochemical deposition Phys. Rev. Lett. 71: 113-116 JUL 5 1993

3.   Fractal aggregations at low driving force with strong anisotropyPhys. Rev. Lett. 80: 3089-3092 APR 6 1998

4.   Nanostructured copper filaments in electrochemical depositionPhys. Rev. Lett. 86: 3827-3830 APR 23 2001

5.   Regular arrays of copper wires formed by template-assisted electrodepositionAdv. Mater. 16 (5): 409 MAR 5 2004

6.   Pattern formation in noise-reduced electrochemical deposition Phys. Rev. E 48: 3825-3830 (1993)

7.   Twin lamella mechanism of fcc crystal growth: Monte-carlo simulation approach J. Crystal Growth 115, 199-202 (1991)

8.   Defect mechanism of crystal growth and their kineticsJ.Crystal Growth 128: 104-112(1993).

9.   Twin lamellae as possible self- perpetuating step sourcesJ.Crystal Growth 87:13-17 (1988).

10.  Stacking faults as self-perpetuating step sourcesJ.Crystal Growth 91:11-15(1988)