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研究方向  

    自2008年以来,对单层石墨烯、多层石墨烯部分原子缺失产生磁性的物理机理研究取得了进展,理论上对对称性破缺与磁性产生机理之间的关系给予解释。在低维量子系统动力学研究取得丰富成果,如:纳米分子磁体在量子计算可望有应用,分数量子霍尔效应现象产生于规范变换的拓扑项。对碳纳米管的制备与拉曼光谱分析研究取得丰富成果,现对单层、多层石墨烯的制备与拉曼光谱分析研究也取得了初步成果。

 

研究方向名称:低维物理与纳米结构
目前本方向人员所做工作的主要内容、特色和可能取得的突破:
1.主要内容:
(1) 研究气体分子、原子在清洁石墨烯表面及边缘的吸附。利用理论计算集中研究低覆盖度下的稳定吸附位置、高覆盖度下的原子结构,石墨烯层数对吸附的影响;研究在不同边缘结构的石墨烯纳米带的吸附,研究石墨烯纳米带宽度对吸附的影响,以及吸附温度对吸附位置和结构的影响。
(2) 研究石墨烯系统的电子态密度分布和能带结构、费米面的变化以及费米面附近的能带劈裂。对比实验结果,建立吸附石墨烯的电子结构的变化规律。
(3) 研究磁性原子(Fe、Co、Ni等)/石墨烯系统的自旋效应。建立各种磁性原子与磁性分子吸附结构以及随覆盖度变化的规律。
4)研究石墨烯储氢特性。钛原子修饰后的石墨烯储氢特性的研究,铍原子修饰后的石墨烯储氢特性研究,Al石墨烯吸附金属原子后的储氢性能研究,B石墨烯储氢性能的研究。
2.研究特色:
(1) 石墨烯体系的研究是凝聚态物理中的前沿课题,且具有广泛的应用前景。对吸附石墨烯体系的电子结构和物性进行比较全面的研究,有可能得到一些全新的结果。
(2) 用理论和实验相结合的方法研究石墨烯体系将对石墨烯传感器的制备提供物理依据。
3.可能取得的突破:
(1) 建立简单原子(H)和金属元素(Li和Ti等)吸附对石墨烯电子结构和石墨烯纳米结构边缘电子态的影响规律。通过理论与实验结果、不同吸附物的研究结果比较,提出发展高灵敏的气体传感器和电子器件的方案。
(2) 通过对吸附过渡金属的石墨烯及其纳米结构的电子结构和磁性研究,发展一到两种能用于磁传感或自旋电子器件的材料体系。

研究方向名称:凝聚态物理理论
目前本方向人员所做工作的主要内容、特色和可能取得的突破:
1.主要内容:
(1) 研究纳米分子磁体二聚物[Mn4]2的量子计算。纳米分子磁体具有较高的总自旋量子数,易于制备和测量,且具有很强的各向异性,是实现量子比特的有利条件,实现量子比特的基本方案是把量子比特的两个基本态选为基态和第一激发态,也可把比特的两个基本态选为由相干遂穿导致的对称和反对称叠加态,即薛定谔猫态。除纳米分子磁体二聚物[Mn4]2外,将扩展到研究交换相互作用关联的其他自旋耦合系统、多分子磁体的量子纠缠和量子计算。
 (2) 借助修改的Dirac量子化方法、修改的Faddeeev-Jackiw量子化方法,对引入外在约束的约束系统进行量子化;通过扩展量子Noether恒等式、扩展广义Ward恒等式对约束(包含外在约束与内在约束)与量子对称性间关系进行研究,对量子系统量子属性控制给以理论指导。
(3) 分别用内变量热力学和广延热力学处理铁电相变问题,从中发现它们的长处和不足。
4)将约束系统量子化及对称性应用于自旋系统、量子拓扑体,研究约束条件与量子特性关系,对自旋系统的量子调控、量子拓扑体的物理机理以解释。
2.研究特色:
(1) 量子系统中外场和边界条件与量子效应关系研究,根据所加外场和边界条件的不同,给出体系的不同约束条件,从而实现对系统量子属性的控制。
(2) 借助规范场约束理论处理凝聚态物理中的问题。
3.可能取得的突破:
(1) 在高自旋系统中实现基本的量子逻辑门,实现Grover算法,对于自旋为1或大于1的量子自旋模型得到相应的量子纠缠和热量子纠缠特征。
(2) 给出修改的Dirac量子化方法与修改的Faddeev-Jackiw量子化方法,并基于Faddeev-Senjanovic路径积分量子化方法给出扩展Noether恒等式,以此进一步分析约束条件与守恒量间关系,守恒量与量子属性间关系。
(3) 通过调整自旋系统边界条件与附加外场,实现自旋系统量子属性的调控,为量子器件设置给予理论指导。

 
研究方向名称:                     纳米材料制备与表征
目前本方向人员所做工作的主要内容、特色和可能取得的突破:
1.主要内容:
 (1) 以磁性纳米颗粒(如FePt合金)、碳纳米管为基材的纳米复合材料的选控合成和应用为研究对象,从分子、细胞和组织三个层次探索其抗肿瘤活性。研究磁性纳米复合材料对体外培养肿瘤细胞靶向识别、胞吞后FePt等磁性纳米颗粒成分变化及对肿瘤细胞的抑制效果与机制。结合磁性纳米颗粒对MRI响应信号的增强作用,活体组织内研究纳米复合材料对肿瘤部位靶向识别、定位诊断和同步治疗的三重功效及其机制。优化反应条件,控制合成不同类型磁性纳米复合材料,以提升其综合性能,实现抗肿瘤活性的可调性。
 (2) 研究磁性纳米颗粒/碳纳米管的制备。利用化学气相沉积法等方法制备高质量的碳纳米管,获得最佳制备条件;利用湿化学方法选控合成磁性纳米颗粒/碳纳米管;利用电镜、原子力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱对磁性纳米颗粒/碳纳米管样品进行结构表征,获得不同条件下制备的碳纳米管形貌特征和结构特征。
(3) 研究磁性纳米颗粒/碳(纳米管)复合材料表面增强拉曼光谱,探索碳纳米管高灵敏度检测方法。
2.研究特色:
(1) 研究无机纳米颗粒自身作为新型高效、低毒性抗恶性肿瘤治疗药物的可能性和机制是一项具有明显特色和创新的研究工作。预计无机纳米复合材料的抗肿瘤活性及其机制研究将成为今后一段时期纳米材料学、生物技术和药物学交叉研究的热点,将抗肿瘤药物、抗体和荧光标记物成功负载在表面修饰的碳纳米管上,将会获得集靶向传输、诊断与治疗三重功能于一体的功能材料,从而大大提高其抗肿瘤效率。
 (2)碳纳米管及其复合材料的制备研究是前沿课题,具有广泛的应用前景。采用湿化学路线合成磁性纳米颗粒,研究其表面增强拉曼效应,观察微观结构,获得更加精细的结构信息。
3.可能取得的突破:
(1)从实验和理论上揭示磁性纳米颗粒(MNPs)/(CNTs)纳米复合材料抗肿瘤活性及其机制;探索表面处理纳米复合材料对肿瘤集靶向介导、定位诊断和同步治疗三重功能于一体的机制,做到结构-抗肿瘤活性的良性互动。为研发新型抗肿瘤无机纳米药物提供实验和理论依据。
(2) 通过对碳纳米管表面增强拉曼光谱研究,发展一种碳纳米管高灵敏度检测方法。