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闵乃本

   

出生年

1935年

技术职称

中国科学院院士 

单位名称

南京大学

   

理学博士

 

   闵乃本(1935年8月9日―),出生于江苏如皋。晶体物理学家。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。1995年加入九三学社,九三学社第十、十一届中央委员会副主席。

    闵乃本1959年毕业于南京大学,1987年获日本东北大学理学博士学位。现任教育部科技委员会副主任、教育部材料科学教学指导委员会主任、科技部国家“973”计划专家顾问、中国科学院数理学部副主任、中国晶体学会理事长、南京大学固体微结构国家重点实室学术委员会主任、南京大学材料科学研究所所长,南京大学教授。历任科技部“八五”、“九五”国家攀登计划光电功能材料和“九五”国家“973”计划光电功能晶体首席科学家,国家人工晶体联合研究与发展中心主任,国际晶体生长联合会(IOCG)执行委员,国际晶体学联合会(IUCr)晶体生长与材料表征委员会委员,国际材料研究联合会中国委员会(CC��IUMRS)委员。兼任全国政协常委、江苏政协副主席、九三学社中央副主席、九三学社江苏省委主委。

    1960年―1982年期间,闵乃本与其合作者共同发展了能显示位错线与位错网络的蚀象方法,确定了体心立方高熔点金属中构成亚晶界的位错结构与位错组态。他们首次观察到螺位错的端点双折射象并发展了包含内应力的弹光与弹性各向异性立方晶体中螺位错端点象的成象理论。他们关于晶体缺陷的研究于1982年获国家自然科学奖二等奖。

    闵乃本与其合作者提出了各向异性变键模型,系统地研究了原子的多体交互作用在晶面对表面能、台阶能、表面粗糙化以及晶体生长动力学的影响。在热致表面粗糙化方面的成果,使闵乃本于1983年获美国犹他大学等单位联合颁发的“大力神”奖。

    在1986年―1995年期间,基于晶体缺陷的内禀特性及其周围的原子组态,闵乃本发展了描述晶体生长微观过程的缺陷机制与理论。其成果有下述几方面:(1)将Frank的晶体生长螺位错机制推广为普适位错机制;(2)发现了晶体生长的层错机制并建立了相应的生长动力学;(3)建立了孪晶生长机制,重入角机制,以及粗糙面与重入角的协同机制。所建立的晶体生长的缺陷机制和相应的晶体生长理论最近被荷兰Piet Bennema教授的研究组的系统的实验所证明,在国际上被称为“闵氏亚台阶理论”,并被证明是既适用于汽相生长又适用于溶液生长的普适理论。

    关于远离平衡态的结晶和图样形成(pattern formation)的研究,闵乃本与其合作者发现了许多重要现象并揭示了其物理内涵。他们主要的贡献是:(1)首次发现了在电化学系统中普遍存在电致对流的物理原因及其在图样选择中所起的作用;(2)基于实验观察,首次提出了在形态演变中新的图样选择律;(3)用实验揭示了生长前沿的对流噪声在结晶过程中对形态演变与形态选择所起的作用;(4)通过理论与实验研究了界面浓度场的稳定性及其对界面与形态的影响,首次发现在结晶过程中存在界面前沿浓度场的内禀振荡及相应的周期的界面粗糙化,以及在分形生长过程中具有特定取向的晶粒的周期成核。由于这些原创性工作,闵乃本在1995年获国家教委的科技进步二等奖。

    在过去的20年,闵乃本将超晶格的概念由半导体推广到介电体,发现了一系列新颖的现象与效应,并且证明了这些现象与效应在光电子产业中有重大应用,例如非线性光学频率的转换、光学双稳、微波波段极化激元(Polariton)的激发等。他在该领域的贡献是:(1)首次制备成功具有周期铁电畴结构的铌酸锂,稍后被称为光学超晶格、声学超晶格,或更一般地称为介电体超晶格;发现了铁电畴的自发极化矢量取向决定于生长层中的溶质浓度梯度,据此发展了制备介电体超晶格的生长层技术;并定量地证明了准位相匹配理论;(2)将准位相匹配理论从周期超晶格推广到准周期超晶格(一维人工准晶),并预言在其中可产生高转换效率的耦合参量过程;实验上在钽酸锂一维人工准晶中实现了高转换效率的耦合参量过程;实验上在钽酸锂一维人工准晶中实现了高转换效率的三倍频和多波长二倍频,这是自1984年准晶发现以来准周期结构的第一个具有实用价值的实验结果;(3)通过国际合作利用微波近场显微术实现了介电常数与介电损耗的成象,得到了亚微米的分辨率,实验证实了材料的介电常数是其溶质浓度与内应力的函数;(4)提出了非线性多波动力学理论,用于研究具有克尔型(Kerr��type)非线性的二维介电体超晶格,即二维非线性光子晶体,在理论上预言了和在实验上证实了其中存在新的光学双稳机制,被称为光学双稳的折射率调制机制;(5)利用所发展的生长层技术成功地制备出离子型声子晶体,发现其中存在超晶格振动与电磁波的强烈耦合,以及由此而产生的一系列长波(微波波段)光学性质,例如微波吸受、介电异常、极化激元的激发等,这些性质原先只出现于天然的离子晶体中;(6)理论上和实验上系统地研究了弹性波在周期和准周期介电体超晶格中的传播与激发,制备成功频率高达数千兆赫的超声谐振器与换能器。由于这些基本概念的提出、基本理论的建立、基本效应与应用的揭示,以及介电体超晶格制备技术的发展,闵乃本在光电子学和声电子学领域开拓了一条通过人工调制和控制介电体微结构来发展新材料与新器件的道路。基于上述贡献,闵乃本于1998年获何梁何利基金科技进步奖――物理奖;于1999年获第三世界科学院基础科学奖――物理奖;其中关于发现了铁电畴的自发极化决定于生长层中的溶质浓度梯度的论文J.Materials Science 17(1982)1663)于2000年获美国科学信息研究所(ISI)经典论文奖;其中关于一维人工准晶研究被“863”高技术新材料专家委员会评为1997年十大科技成果之一,被科技部评为1998年中国基础研究十大进展之一;离子型声子晶体研究被教育部评为1999年中国高等学校十大科技成果,被科技部评为1999年中国基础研究十大新闻,并被中国科学院主持编写的《2000年科学发展报告》选为1999年中国科学家具有代表性的研究工作。

    闵乃本及其合作者共发表论文300余篇,著作3本,其中“晶体生长的物理基础”(上海科技出版社,1982)于1983年获全国优秀科技图书奖一等奖。   

主要研究领域晶体生长、晶体缺陷与晶体物性研究
闵乃本于20世纪60年代初开始从事晶体生长、晶体缺陷与晶体物性研究。他在国内首次研制成功“电子束浮区区熔仪”并制备成功钼、铌、钨等体心立方高熔点金属单晶体。该工作于1964年获国家计委、国家经委与国家科委颁发的工业新产品奖二等奖。