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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(xué)家。1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1995年加入九三學(xué)社。九三學(xué)社第十、十一屆中央委員會副主席。

閔乃本1959年畢業(yè)于南京大學(xué),1987年獲日本東北大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)任教育部科技委員會副主任、教育部材料科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會主任、科技部國家“973”計劃專家顧問、中國科學(xué)院數(shù)理學(xué)部副主任、中國晶體學(xué)會理事長、南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)國家重點實室學(xué)術(shù)委員會主任、南京大學(xué)材料科學(xué)研究所所長,南京大學(xué)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(xué)家,國家人工晶體聯(lián)合研究與發(fā)展中心主任,國際晶體生長聯(lián)合會(IOCG)執(zhí)行委員,國際晶體學(xué)聯(lián)合會(IUCr)晶體生長與材料表征委員會委員,國際材料研究聯(lián)合會中國委員會(CCIUMRS)委員。兼任全國政協(xié)常委、江蘇政協(xié)副主席、九三學(xué)社中央副主席、九三學(xué)社江蘇省委主委。

閔乃本于20世紀(jì)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(nèi)首次研制成功“電子束浮區(qū)區(qū)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(jīng)委與國家科委頒發(fā)的工業(yè)新產(chǎn)品獎二等獎。

1960年—1982年期間,閔乃本與其合作者共同發(fā)展了能顯示位錯線與位錯網(wǎng)絡(luò)的蝕象方法,確定了體心立方高熔點金屬中構(gòu)成亞晶界的位錯結(jié)構(gòu)與位錯組態(tài)。他們首次觀察到螺位錯的端點雙折射象并發(fā)展了包含內(nèi)應(yīng)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(guān)于晶體缺陷的研究于1982年獲國家自然科學(xué)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(tǒng)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(xué)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(xué)等單位聯(lián)合頒發(fā)的“大力神”獎。

在1986年—1995年期間,基于晶體缺陷的內(nèi)稟特性及其周圍的原子組態(tài),閔乃本發(fā)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(fā)現(xiàn)了晶體生長的層錯機制并建立了相應(yīng)的生長動力學(xué);(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(xié)同機制。所建立的晶體生長的缺陷機制和相應(yīng)的晶體生長理論最近被荷蘭Piet Bennema教授的研究組的系統(tǒng)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(guān)于遠離平衡態(tài)的結(jié)晶和圖樣形成(pattern formation)的研究,閔乃本與其合作者發(fā)現(xiàn)了許多重要現(xiàn)象并揭示了其物理內(nèi)涵。他們主要的貢獻是:(1)首次發(fā)現(xiàn)了在電化學(xué)系統(tǒng)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(tài)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(jié)晶過程中對形態(tài)演變與形態(tài)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(wěn)定性及其對界面與形態(tài)的影響,首次發(fā)現(xiàn)在結(jié)晶過程中存在界面前沿濃度場的內(nèi)稟振蕩及相應(yīng)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(chuàng)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(dǎo)體推廣到介電體,發(fā)現(xiàn)了一系列新穎的現(xiàn)象與效應(yīng),并且證明了這些現(xiàn)象與效應(yīng)在光電子產(chǎn)業(yè)中有重大應(yīng)用,例如非線性光學(xué)頻率的轉(zhuǎn)換、光學(xué)雙穩(wěn)、微波波段極化激元(Polariton)的激發(fā)等。他在該領(lǐng)域的貢獻是:(1)首次制備成功具有周期鐵電疇結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰,稍后被稱為光學(xué)超晶格、聲學(xué)超晶格,或更一般地稱為介電體超晶格;發(fā)現(xiàn)了鐵電疇的自發(fā)極化矢量取向決定于生長層中的溶質(zhì)濃度梯度,據(jù)此發(fā)展了制備介電體超晶格的生長層技術(shù);并定量地證明了準(zhǔn)位相匹配理論;(2)將準(zhǔn)位相匹配理論從周期超晶格推廣到準(zhǔn)周期超晶格(一維人工準(zhǔn)晶),并預(yù)言在其中可產(chǎn)生高轉(zhuǎn)換效率的耦合參量過程;實驗上在鉭酸鋰一維人工準(zhǔn)晶中實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率的耦合參量過程;實驗上在鉭酸鋰一維人工準(zhǔn)晶中實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率的三倍頻和多波長二倍頻,這是自1984年準(zhǔn)晶發(fā)現(xiàn)以來準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的第一個具有實用價值的實驗結(jié)果;(3)通過國際合作利用微波近場顯微術(shù)實現(xiàn)了介電常數(shù)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(shù)是其溶質(zhì)濃度與內(nèi)應(yīng)力的函數(shù);(4)提出了非線性多波動力學(xué)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(yù)言了和在實驗上證實了其中存在新的光學(xué)雙穩(wěn)機制,被稱為光學(xué)雙穩(wěn)的折射率調(diào)制機制;(5)利用所發(fā)展的生長層技術(shù)成功地制備出離子型聲子晶體,發(fā)現(xiàn)其中存在超晶格振動與電磁波的強烈耦合,以及由此而產(chǎn)生的一系列長波(微波波段)光學(xué)性質(zhì),例如微波吸受、介電異常、極化激元的激發(fā)等,這些性質(zhì)原先只出現(xiàn)于天然的離子晶體中;(6)理論上和實驗上系統(tǒng)地研究了彈性波在周期和準(zhǔn)周期介電體超晶格中的傳播與激發(fā),制備成功頻率高達數(shù)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(yīng)與應(yīng)用的揭示,以及介電體超晶格制備技術(shù)的發(fā)展,閔乃本在光電子學(xué)和聲電子學(xué)領(lǐng)域開拓了一條通過人工調(diào)制和控制介電體微結(jié)構(gòu)來發(fā)展新材料與新器件的道路?;谏鲜鲐暙I,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(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)獎——物理獎;其中關(guān)于發(fā)現(xiàn)了鐵電疇的自發(fā)極化決定于生長層中的溶質(zhì)濃度梯度的論文(J.Materials Science 17(1982)1663)于2000年獲美國科學(xué)信息研究所(ISI)經(jīng)典論文獎;其中關(guān)于一維人工準(zhǔn)晶研究被“863”高技術(shù)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(chǔ)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(xué)校十大科技成果,被科技部評為1999年中國基礎(chǔ)研究十大新聞,并被中國科學(xué)院主持編寫的《2000年科學(xué)發(fā)展報告》選為1999年中國科學(xué)家具有代表性的研究工作。

閔乃本及其合作者共發(fā)表論文300余篇,著作3本,其中“晶體生長的物理基礎(chǔ)”(上??萍汲霭嫔纾?982)于1983年獲全國優(yōu)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(shè),他所領(lǐng)導(dǎo)的南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)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(yǎng)的學(xué)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(yōu)秀教師并授予全國優(yōu)秀教師獎?wù)拢?997年獲國家級教學(xué)成果一等獎。

閔乃本自1961年起為中國物理學(xué)會會員,1995年起為美國物理學(xué)會(APS)與美國科學(xué)促進會(AAAS)會員,1997年起為香港材料科學(xué)學(xué)會會員,1998年當(dāng)選中國晶體學(xué)會理事長以及國際晶體學(xué)聯(lián)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(lián)合會中國委員會(CCIUMRS)委員,曾任國際晶體生長聯(lián)合會執(zhí)行委員。

 閔乃本院士主要論著