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閔乃本


 

閔乃本(1935年8月9日—),出生于江蘇如皋。晶體物理學家。1991年當選為中國科學院學部委員(院士)。1995年加入九三學社。九三學社第十、十一屆中央委員會副主席。

閔乃本1959年畢業于南京大學,1987年獲日本東北大學理學博士學位。現任教育部科技委員會副主任、教育部材料科學教學指導委員會主任、科技部國家“973”計劃專家顧問、中國科學院數理學部副主任、中國晶體學會理事長、南京大學固體微結構國家重點實室學術委員會主任、南京大學材料科學研究所所長,南京大學教授。歷任科技部“八五”、“九五”國家攀登計劃光電功能材料和“九五”國家“973”計劃光電功能晶體首席科學家,國家人工晶體聯合研究與發展中心主任,國際晶體生長聯合會(IOCG)執行委員,國際晶體學聯合會(IUCr)晶體生長與材料表征委員會委員,國際材料研究聯合會中國委員會(CCIUMRS)委員。兼任全國政協常委、江蘇政協副主席、九三學社中央副主席、九三學社江蘇省委主委。

閔乃本于20世紀60年代初開始從事晶體生長、晶體缺陷與晶體物性研究。他在國內首次研制成功“電子束浮區區熔儀”并制備成功鉬、鈮、鎢等體心立方高熔點金屬單晶體。該工作于1964年獲國家計委、國家經委與國家科委頒發的工業新產品獎二等獎。

1960年—1982年期間,閔乃本與其合作者共同發展了能顯示位錯線與位錯網絡的蝕象方法,確定了體心立方高熔點金屬中構成亞晶界的位錯結構與位錯組態。他們首次觀察到螺位錯的端點雙折射象并發展了包含內應力的彈光與彈性各向異性立方晶體中螺位錯端點象的成象理論。他們關于晶體缺陷的研究于1982年獲國家自然科學獎二等獎。

閔乃本與其合作者提出了各向異性變鍵模型,系統地研究了原子的多體交互作用在晶面對表面能、臺階能、表面粗糙化以及晶體生長動力學的影響。在熱致表面粗糙化方面的成果,使閔乃本于1983年獲美國猶他大學等單位聯合頒發的“大力神”獎。

在1986年—1995年期間,基于晶體缺陷的內稟特性及其周圍的原子組態,閔乃本發展了描述晶體生長微觀過程的缺陷機制與理論。其成果有下述幾方面:(1)將Frank的晶體生長螺位錯機制推廣為普適位錯機制;(2)發現了晶體生長的層錯機制并建立了相應的生長動力學;(3)建立了孿晶生長機制,重入角機制,以及粗糙面與重入角的協同機制。所建立的晶體生長的缺陷機制和相應的晶體生長理論最近被荷蘭Piet Bennema教授的研究組的系統的實驗所證明,在國際上被稱為“閔氏亞臺階理論”,并被證明是既適用于汽相生長又適用于溶液生長的普適理論。

關于遠離平衡態的結晶和圖樣形成(pattern formation)的研究,閔乃本與其合作者發現了許多重要現象并揭示了其物理內涵。他們主要的貢獻是:(1)首次發現了在電化學系統中普遍存在電致對流的物理原因及其在圖樣選擇中所起的作用;(2)基于實驗觀察,首次提出了在形態演變中新的圖樣選擇律;(3)用實驗揭示了生長前沿的對流噪聲在結晶過程中對形態演變與形態選擇所起的作用;(4)通過理論與實驗研究了界面濃度場的穩定性及其對界面與形態的影響,首次發現在結晶過程中存在界面前沿濃度場的內稟振蕩及相應的周期的界面粗糙化,以及在分形生長過程中具有特定取向的晶粒的周期成核。由于這些原創性工作,閔乃本在1995年獲國家教委的科技進步二等獎。

在過去的20年,閔乃本將超晶格的概念由半導體推廣到介電體,發現了一系列新穎的現象與效應,并且證明了這些現象與效應在光電子產業中有重大應用,例如非線性光學頻率的轉換、光學雙穩、微波波段極化激元(Polariton)的激發等。他在該領域的貢獻是:(1)首次制備成功具有周期鐵電疇結構的鈮酸鋰,稍后被稱為光學超晶格、聲學超晶格,或更一般地稱為介電體超晶格;發現了鐵電疇的自發極化矢量取向決定于生長層中的溶質濃度梯度,據此發展了制備介電體超晶格的生長層技術;并定量地證明了準位相匹配理論;(2)將準位相匹配理論從周期超晶格推廣到準周期超晶格(一維人工準晶),并預言在其中可產生高轉換效率的耦合參量過程;實驗上在鉭酸鋰一維人工準晶中實現了高轉換效率的耦合參量過程;實驗上在鉭酸鋰一維人工準晶中實現了高轉換效率的三倍頻和多波長二倍頻,這是自1984年準晶發現以來準周期結構的第一個具有實用價值的實驗結果;(3)通過國際合作利用微波近場顯微術實現了介電常數與介電損耗的成象,得到了亞微米的分辨率,實驗證實了材料的介電常數是其溶質濃度與內應力的函數;(4)提出了非線性多波動力學理論,用于研究具有克爾型(Kerrtype)非線性的二維介電體超晶格,即二維非線性光子晶體,在理論上預言了和在實驗上證實了其中存在新的光學雙穩機制,被稱為光學雙穩的折射率調制機制;(5)利用所發展的生長層技術成功地制備出離子型聲子晶體,發現其中存在超晶格振動與電磁波的強烈耦合,以及由此而產生的一系列長波(微波波段)光學性質,例如微波吸受、介電異常、極化激元的激發等,這些性質原先只出現于天然的離子晶體中;(6)理論上和實驗上系統地研究了彈性波在周期和準周期介電體超晶格中的傳播與激發,制備成功頻率高達數千兆赫的超聲諧振器與換能器。由于這些基本概念的提出、基本理論的建立、基本效應與應用的揭示,以及介電體超晶格制備技術的發展,閔乃本在光電子學和聲電子學領域開拓了一條通過人工調制和控制介電體微結構來發展新材料與新器件的道路。基于上述貢獻,閔乃本于1998年獲何梁何利基金科技進步獎——物理獎;于1999年獲第三世界科學院基礎科學獎——物理獎;其中關于發現了鐵電疇的自發極化決定于生長層中的溶質濃度梯度的論文(J.Materials Science 17(1982)1663)于2000年獲美國科學信息研究所(ISI)經典論文獎;其中關于一維人工準晶研究被“863”高技術新材料專家委員會評為1997年十大科技成果之一,被科技部評為1998年中國基礎研究十大進展之一;離子型聲子晶體研究被教育部評為1999年中國高等學校十大科技成果,被科技部評為1999年中國基礎研究十大新聞,并被中國科學院主持編寫的《2000年科學發展報告》選為1999年中國科學家具有代表性的研究工作。

閔乃本及其合作者共發表論文300余篇,著作3本,其中“晶體生長的物理基礎”(上海科技出版社,1982)于1983年獲全國優秀科技圖書獎一等獎。

閔乃本致力于教書育人和科研群體建設,他所領導的南京大學固體微結構國家重點實驗室十多年來在國家計委、國家科委、國家基金委所組織的歷次評估中均名列前茅。他所培養的學生如王牧、朱永元、祝世寧、陳延峰等博士在科技教育界已嶄露頭角。由于他教書育人的成績,閔乃本于1984年被評為江蘇省勞動模范,1986年被評為國家人事部中青年有突出貢獻專家,1995年被評為全國優秀教師并授予全國優秀教師獎章,1997年獲國家級教學成果一等獎。

閔乃本自1961年起為中國物理學會會員,1995年起為美國物理學會(APS)與美國科學促進會(AAAS)會員,1997年起為香港材料科學學會會員,1998年當選中國晶體學會理事長以及國際晶體學聯合會(IUCr)晶體生長與材料表征委員會委員。他還是國際材料研究聯合會中國委員會(CCIUMRS)委員,曾任國際晶體生長聯合會執行委員。

 閔乃本院士主要論著

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