重大项目

1. 教育部2011协同创新中心
 
a. IFSA协同创新中心——主持
起止时间:2014.10.01-2018.09.30
合同金额:2 亿
牵头单位:上海交通大学
合作单位:中国工程物理研究院,北京大学,华中科技大学,上海光机所
摘要:激光聚变是人类长期以来梦寐以求的科学目标,是解决地球能源危机的终极手段。然而,激光聚变更是一项极为复杂的超精密大科学工程,其难度和规模甚至超过我国过去的“两弹一星”工程,迫切需要本领域多个科研单位的大力协同。我们牵头成立的IFSA协同创新中心旨在通过人才激励、学科资源整合、知识产权共享等方面的改革创新,促进高校与科研院所间的有效协同,解决制约激光聚变的重大关键性科学技术问题,在太阳耀斑爆发的物理机制、天体等离子体加速过程等方面形成重要突破,引领高能量密度物理前沿研究,最终建成国际著名的五大高能量密度物理研究中心之一。
 
b. 人工微结构科学与技术协同创新中心——参与
起止时间:2014.10.01-2018.09.30
合同金额:约1000万元
牵头单位:南京大学
合作单位: 复旦大学、浙江大学、上海交通大学、中国科学技术大学、中科院合肥物质科学研究院
摘要:“人工微结构科学与技术协同创新中心”由南京大学牵头,复旦大学、浙江大学、中国科学技术大学、上海交通大学、中国科学院合肥物质科学研究院等单位共同参与。中心汇集了一大批国内人工微结构领域的重要学术带头人,包括中科院院士16人、长江学者32人、国家杰出青年基金获得者45人。中心将针对后摩尔时代人类信息技术可持续发展的迫切需求,以新型微结构材料中的量子调控科学与技术为核心,推动信息载体和信息处理手段从经典到量子系统的演变,为新一代信息技术革命奠定材料和器件物理基础,使中国成为相关核心技术的重要发源地。
 
2. 国家自然科学基金
 
a. 创新研究群体
 
1. 高能量密度物理若干前沿问题研究
项目负责人:张杰 院士
第一轮资助起止时间: 2012.01.01-2014.12.31  
合同金额:600万元
第二轮资助起止时间: 2015.01.01-2017.12.31   
合同金额:600万元
项目主要参与者(交大):李家明,王西杰,盛政明,钱列加,陈险峰,徐剑秋,谢国强,何峰,Nasr Hafz,刘圣广,远晓辉,袁鹏,郑君,陈洁
摘要:围绕若干极具挑战性高能量密度物理研究前沿科学和技术问题开展研究,包括发展可以同时提供超高对比度(>10^10)和超高强度(>10^21W/cm^2)的关键激光技术,研究在超短超强激光驱动下的超高梯度加速新机制和新型辐射机制,开展超短超强激光与等离子体相互作用超快动力学过程的高时空分辨研究,探索极端光场条件下真空非线性极化、正负电子对产生等极具挑战性的科学前沿问题。
 
b. 重大和重点项目
 
1. PandaX暗物质探测实验首期物理研究 (重点项目)
项目负责人:刘江来 特别研究员
起止时间:2015.01.01 - 2019.12.31
合同金额:400万元
摘要:中国液氙暗物质直接探测实验PandaX第一期的120公斤量级探测器(25公斤有效靶)已经于2014年初起开始在世界最深的四川锦屏地下实验室开始物理运行。该实验采用气液两相技术来采集暗物质粒子和原子核碰撞而引起的发光和电离两种不同的信号。本项目建议三方面的物理研究:1) 通过放射定标对探测器的各种性质包括核反冲和电子反冲进行分辨能力的研究;2) 通过对各种放射性本底的综合测量,对探测器的灵敏度和探测暗物质的物理能力进行研究;3) 中心探测器 (TPC, 时间投影室)在同类探测器中具有较低的探测阈值, 可以用来对低质量暗物质粒子进行有竞争能力的暗物质探测研究。本申请书代表中国PandaX合作组申请取得首期探测实验所必需的数据采集和物理分析的部分经费。
 
2. 低频射电天空的高精度仿真与微弱天体辐射信号的识别 (重点项目)   
项目负责人:徐海光 教授
起止时间:2015.01.01 - 2019.12.31
合同金额:380万元
摘要:在低频射电波段观测宇宙黑暗时期和再电离时期是未来10-20年观测宇宙学最前沿的关键突破方向之一。如何在这一新观测窗口内准确识别和分离强度相差5个量级以上的各层次天体辐射成分,并最终找到来自上述两个时期高度红移的极微弱中性氢21cm信号,需统合物理、天文、数学、信号分析与统计学等多学科知识,是当今国际重大课题。面对这一挑战和机遇,上海交大低频射电理工团队与上海交通大学电子信息与电气工程学院、中科院国家天文台合作,开展以下工作,为21世纪第二个十年观测宇宙学的进步做贡献,为未来全面开展宇宙再电离和黑暗时期研究提供重要观测分析手段:(1)基于多波段信息在角分和亚角分尺度上实现高精度低频射电天空仿真模拟;(2)据此,提出强前景干扰条件下探测效果稳定可靠的微弱信号识别和提取新算法,其有效探测阈值在图像空间至少达到10-3量级、在频谱和功率谱空间至少达到10-5量级;(3)将新优化算法用于实测数据及相关天体物理研究。此外,我们正在与普渡大学的研究人员合作,希望拓展这些算法在医学影像学领域(例如CT和核磁共振图像甄别技术)的应用。
 
3. 宇宙大尺度结构的统计与应用 (重点项目)
项目负责人:张鹏杰 教授
起止时间:2015.01.01 - 2019.12.31
合同金额:380万元
摘要:宇宙大尺度结构包含着丰富的宇宙学信息。精确宇宙学要求我们精确计算宇宙大尺度结构的统计性质并发掘隐藏的信息。我们将针对星系红移畸变、弱引力透镜和SZ效应等大尺度结构探针展开相关研究。(1) )结合理论模型和数值模拟,提高红移畸变、弱引力透镜、SZ效应等的理论模型精度。(2)通过数值模拟样本和实测样本,测试、优化我们此前提出的克服各种系统误差的方法(例如基于傅里叶空间的cosmic shear测量方法,测光红移误差和星系内禀取向的自修正方法,基于星系计数的弱引力透镜重构方法,SZ tomography等),并应用到观测数据上。(3)我们计划系统审视三类巡天的宇宙学信息,更好得发掘其 探索暗能量、引力、宇宙起源机制等基础宇宙学问题的能力。
 
4. 中国锦屏PandaX二期半吨级液氙暗物质实验 (应急管理项目)
项目负责人:Karl-Ludwig Giboni 教授
起止时间:2015.01.01 - 2017.12.31    
合同金额:500万元
摘要:中国锦屏液氙暗物质实验PandaX一期125公斤级的实验正在运行中,今年8月发表第一批实验数据。因世界目前最大的同类实验是250公斤级(LUX),而升级版的实验将达到吨量级(XENON1t),我们建议在今年内迅速进行PandaX二期500公斤级的实验,有可能在短期内成为世界最大的暗物质实验,取得最好的探测结果。项目组成员在XENON100和PandaX首期研究的独到经验将为成功升级提供可靠的保障。
 
5. 液氮温区FeSe界面超导体的探索 (重大研究计划)
项目负责人:贾金锋 教授
起止时间:2015.01.01 - 2017.12.31    
合同金额:300万元
摘要:2012年,我国科学家率先发现在氧化物衬底上利用分子束外延技术生长的单层FeSe薄膜具有远大于体态的超导能隙,而且在65K的高温下其能隙依然存在。此后该结果被多个研究组所证实,意味着单层FeSe与氧化物界面超导体的转变温度可能超过液氮温度(77 K)。然而,至今还没有直接的实验证据,即零电阻和绝对抗磁性,确切证实FeSe/氧化物界面在液氮温区就进入宏观超导态。在本项目中,我们将从多方面探索各个自由度对FeSe/氧化物界面超导体系微观电子结构和超导性质的影响,进而寻找能够实现最高超导转变温度的最优界面。此外,我们将搭建并完善原位的四探针输运和交流互感抗磁性测量装置,从而可以直接标定该界面超导体的宏观超导转变温度。我们期望能够毫无异议地证实FeSe/氧化物界面存在液氮温区的高温超导电性,这将对研究高温超导机理和探索高温超导材料产生巨大推进作用。
 
6. 原子尺度超高时空分辨兆伏特电子衍射与成像系统 (国家重大科研仪器设备研制专项)
项目负责人:王西杰 教授、向导 教授
起止时间:2014.01.01 - 2018.12.31    
合同金额:8500万元
摘要:物质世界最本质的过程发生在百飞秒和埃量级原子时空尺度上。本项目通过在高亮度飞秒电子源、无透镜相干衍射成像和高温超导磁透镜等方面的创新,致力于发展能同时提供50飞秒和0.1埃超高时空分辨率的兆伏特电子衍射与成像系统,为探索物质基本过程提供具有原子尺度超高时空分辨能力的研究手段。该系统具有三种工作模式:飞秒电子衍射模式可用于研究强关联体系、气相化学反应等的瞬态结构及解析非晶大分子结构;超快无透镜相干衍射成像模式无需矫正成像系统球差和色差,通过反演重构三维结构图像,可提供局域形貌的瞬态信息;超快兆伏特电镜模式将首次实现皮秒和纳米量级的单发电子成像,研究超快不可逆过程。这一具有原子时空分辨能力、多种泵浦方式和多项重大自主创新的综合实验测量系统,汇集了项目组成员十多年来的研究成果,在世界上尚无先例,具有极大的创新性和应用前景,有望对物理、化学和生物等基本过程在原子时空尺度上的理解和操控做出重要贡献。
 
7. 中国参与第四代暗能量项目 BigBOSS (国际合作与交流项目)
项目负责人:景益鹏 教授
起止时间:2014.01.01 - 2018.12.31    
合同金额:270万元
摘要:BigBOSS 是由美国劳伦斯伯克利实验室主导的第四代暗能量项目。项目负责人所在上海交通大学团队、中国科学院上海天文台和中国科学技术大学均为首批成员,承担其关键仪器的研发和重要科学内容的研究。中美双方将围绕BigBOSS 的科学和技术进行合作,推动和落实第二代光纤定位系统的研发、制造,推动其成为大规模红移巡天标准配置;就模拟星表、星系红移畸变、暗能量和广义相对论的宇宙学检验等BigBOSS 关键科学问题进行预研,承担与实物贡献成比例的BigBOSS 的主科学目标研究,推动我国进入暗能量观察宇宙学第一梯队。
 
8. 基于新型氟化物非线性光学晶体的全固态激光器 (重点项目)
项目负责人:陈险峰 教授
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:300万
摘要:深紫外波段(小于200nm)的全固态激光器的探索是激光技术领域重要的研究课题。该项目将系统地研究基于新型深紫外氟化物体系非线性光学晶体的全固态激光器。甄选出具有良好性能的深紫外氟化物非线性光学晶体,通过非线性频率转换实现新型全固态深紫外激光相干辐射输出。
 
9. 基于半导体纳米结构的波长转换技术在硅基太阳电池上的应用研究 (重点项目)
项目负责人:沈文忠 教授
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:300万
项目主要参与者:贾锐(中国科学院微电子研究所)
摘要:本重点项目提出利用有序硅纳米线阵列/II-VI 族量子点复合结构与半导体无源量子结构在光子频率下转换和上转换方面的优势和特色,结合产业化热点的高效晶体硅光伏器件,进行基于半导体纳米结构的波长转换技术在硅基太阳电池物理与器件上的创新基础研究。
 
10. 实验室天体物理中大参数范围磁重联机制研究 (国际合作与交流项目)
项目负责人:张杰 院士
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:300万元
项目主要参与者:许亚娣、刘峰、方远、刘晋陆、穆洁
摘要:项目将利用超强激光产生的高温高密等离子体,以及MRX与Tokamak装置产生的低密磁化等离子体在温度、密度以及磁场拓扑结构方面的巨大差异,对比研究与宇宙中剧烈释能现象密切相关的磁重联物理机制。项目的研究内容有:1)等离子体中快速磁重联过程的形成与特性,以及等离子体边界条件对重联过程的影响;2)磁重联过程对等离子体的加热及磁重联过程中高能粒子的产生。通过双方团队合作,提高对实验室天体的研究能力,争取解决一或两个与天体物理紧密相关的重要物理问题。
 
11. 半导体上转换红外单光子探测研究 (重大研究计划)
项目负责人:张月蘅 副研究员
起止时间:2013.01.01-2016.12.31
合同经费:340万元
项目主要参与人员:郑杭 教授,杨耀 博士后
摘要:项目拟通过半导体红外探测器和发光二极管集成获得红外上转换器件,将红外单光子转换为波长1 微米以下的近红外单光子、进而可利用Si 单光子探测器,实现高探测率、高工作温度,具备重要的实际应用前景。
 
12. 低温强磁场超高真空原位微区输运测量系统的研制 (专项基金)
项目负责人:贾金锋 教授
起止时间:2013.01.01-2016.12.31
合同金额:330万元
摘要:在极低温和强磁场下对超高真空中制备的低维样品进行原位的电子输运性质的测量是这方面科学家一直追求的重要方向,这样不仅可以对纳米线、超薄膜这样的纳米结构体系进行输运性质研究,也是研究新量子体系表面的特殊电导的迫切需要。但到目前为止世界上还没有这样的实验装置。本项目拟搭建一套原位微区四探针输运测量系统,以实现在超高真空中、在极低温与外加磁场下的高灵敏度的表面电导输运测量。此系统可应用于以半导体和绝缘体为衬底的各种薄膜与表面超结构。由于微区四探针测量对表面电导非常敏感,是研究拓扑绝缘体这些新量子态系统表面态、表面电导的最有效手段。该系统将可以获取这类新材料的电子自由程,弛豫时间,迁移率等与电子输运有关的参数,揭示零质量的二维电子气系统的电子强相关作用,电声耦合以及杂质引入的弱局域化效应等电子散射机理,为研究这类二维电子气系统的提供非常强有力的工具。
 
13. 拓扑绝缘体的研究 (重大研究计划)
项目负责人:贾金锋 教授
起止时间:2013.01.01-2015.12.31
合同金额:400万元
摘要:拓扑绝缘体是目前凝聚态物理研究的一个热点,其中最关键的两个问题是量子化反常霍尔效应和Majorana费米子的观察与探测。本项目将针对这两个关键问题集中国内这方面研究的主要力量进行攻关,力争取得突破。
 
14. 高平均功率 2 微米超短脉冲激光技术基础问题研究 (重点项目)
项目负责人:徐剑秋 教授
起止时间:2012.01.01-2016.12.31
合同金额:290万元
项目主要参与者:范滇元 院士,李红根 高级工程师,胡晓 讲师,黄芙蓉 助理研究员,袁鹏 助理研究员,李玉华 讲师,洪伟毅 讲师,陈伟 高级工程师,胡鹏 高级工程师(其中李玉华、洪伟毅单位为华中科技大学,陈伟、胡鹏单位为武汉邮电科学研究所)
摘要:目前,固体激光器仅在1微米波段可以实现高平均功率和超短脉冲的激光输出,其它波段的短脉冲激光输出都不超过100瓦,2微米固体激光具有增益系数高、增益带宽大和散射损耗小等优点,拥有获得高效率、高平均功率超短脉冲的巨大潜力,并且处于水的吸收峰,极具发展潜力。本项目以高重复频率超短脉冲产生技术、大芯径光纤啁啾激光放大技术和新型脉冲压缩技术为基本技术特征,研究千瓦量级、超短脉冲激光的重要基础和关键技术问题,探索在2微米波段实现国际领先水平的千瓦平均功率、亚皮秒脉宽输出的新技术途径,推动2微米激光进入高平均功率和高峰值功率的研究和应用新领域。
 
15. 恒星中氢、氦燃烧过程中的关键核反应及rp路径上原子核性质的研究 (重点项目)
项目负责人:孙扬 教授
起止时间:2012.01.01-2016.12.31
合同金额:300万元
上海交大参加者:杨迎春,金华,陈芳祁
合作单位(中科院近代物理所): 何建军(实验负责人),刘艳鑫,胡钧,许世伟,于祥庆,张世勇
摘要:依托兰州近物所的加速器装置及320 KV高压平台,本项目将对若干个参与恒星内部氢燃烧过程中的关键核反应的原子核的结构进行在束gamma谱学研究,以及对红巨星氦燃烧过程中的关键核反应截面进行直接的测量,为我国将来的深地核天体物理实验奠定技术基础。我们还将利用由本项目申请人创立的投影壳模型和具有特色的大型球形壳模型计算相关物理量,并探索核结构与核反应理论的结合。
 
c. 杰青和优青项目
 
1. 原子核结构理论 (杰青)
项目负责人:赵玉民 教授
起止时间:2013.01.01-2016.12.31
合同金额:280万元
摘要:本项目研究原子核规则结构的微观起源和不稳定原子核结构和奇异衰变性质,包括集体运动的规则特性及微观起源;应用质子-中子相互作用的系统规律预言原子核质量;关于中等质量的奇异原子核低激发态结构。
 
2. 铁电畴壁增强非线性光学现象及其应用研究 (杰青)
项目负责人:陈险峰 教授
起止时间:2012.01.01-2015.12.31
合同金额:240万元
摘要:铁电畴壁具有不同于体介质的奇异性质,我们最近发现在畴壁上存在非线性增强效应。本项目将系统研究铁电晶体畴壁在非线性过程中的影响和应用,解决以下两个关键问题:(1)畴壁为一种全新的非线性材料,它的非线性光学增强机理是什么?如何调控?(2)利用畴壁增强的新现象和新原理,如何获得高效率光电子器件、以及新型量子光源?
网址:http://www.olab.physics.sjtu.edu.cn
 
3. 星系和星系团的X射线研究 (杰青)
项目负责人:徐海光 教授
起止时间:2012.01.01-2015.12.31
合同金额:240万元
摘要:进行了迄今质量最佳的ISM高分辨率X射线光谱研究,其结果被作为确定NeXT卫星科学目标的少数重要观测依据之一;发现在亮星系团/群中,引力质量的分布显现反映中央星系-团/群引力场阶梯结构的肩状特征;给出了并合过程在ICM/ISM热力学和化学演化过程中有重要贡献的观测证据;对AGN和超新星在ICM、ISM中的反馈进行了定量评估;进行了目前最复杂、最逼真的低频射电天空仿真,并提出、测试了“独立成份分析+小波”天体成份分离算法。
 
4. 软物质物理 (优青)
项目负责人:张何朋 特别研究员
起止时间:2015.01.01-2017.12.31
合同金额:100万元
摘要:本项目将以运动细菌为主要研究对象,探讨该自驱动系统中的几个前沿问题,包括相分离现象、玻璃化转变、复杂边界效应、涨落-耗散关系等,有望在上述问题的若干方面取得重要研究进展。
 
5. 超快激光物理 (优青)
项目负责人:何峰 特别研究员
起止时间:2014.01.01-2016.12.31
合同金额:100万元
摘要:本项目将用数值模拟含时薛定谔方程的方法研究圆偏振激光对氢分子离子电离和解离的相干控制,氢分子离子在中红外、远红外以及太赫兹波段光场中的非绝热解离,氢分子中两个电子以及两个原子核的相互关联等。
 
6. 超快X射线衍射和吸收光谱 (优青)
项目负责人:陈洁 特别研究员
起止时间:2013.01.01-2015.12.31
合同金额:100万元
摘要:本项目将利用同时具有亚皮秒量级时间分辨率和亚埃量级结构变化解析能力的超快X射线吸收光谱技术,同时结合超快激光光谱和泛函密度理论计算,集中开展携氧血红蛋白光解离后的超快结构动力学研究。
网址: http://llp.sjtu.edu.cn/members/members_content.php?cid=43
 
3. 国家科技部
 
a. 国家重点基础研究发展计划(973计划)
 
1. 暗能量观测:基于大规模红移巡天精确测量宇宙膨胀历史和结构增长速率 973计划首席科学家项目)
项目负责人:杨小虎 教授
起止时间:2015.01.01-2019.08.31
合同金额:2500万元
摘要:精密测量宇宙膨胀历史和结构增长速率是研究暗能量本质的两大主要工具。本项目将基于现有美国斯隆重子声波振荡光谱巡天BOSS的数据释放,进而通过参加国际合作项目SDSS IV,同时面向第四代暗能量巡天项目MS-DESI,精密测量宇宙膨胀历史和结构增长速率,探索暗能量本质。我们将从不同的角度,尤其是基于不同的观测载体:亮红星系、发射线星系、类星体等;并利用团队在数值模拟方面的优势,协同推进包括重子声波振荡、红移畸变效应、星系团丰度等大尺度结构测量在内的关键性问题研究。伴随着基于大规模红移巡天(以星系为载体)对宇宙膨胀历史和结构增长速率的精密测量需求,我们对结构形成理论、星系形成理论的研究也需要并将整体提高一个台阶。
 
2. 基于逆康普顿散射的高增益超快x光源若干前沿问题研究 (青年973项目)
起止时间:2015.01.01-2019.08.31
合同金额:500 万元
项目负责人:向导 教授
摘要:本项目立足国家物理、化学、材料、生物、国防等各个学科对紧凑型超快超强x光源的重大需求,拟解决实验室小规模基于逆康普顿散射x光源(类似于基于激光扭摆器的自由电子激光)光子产额较少的国际难题,计划借助最新的各种加速器技术,激光等离子体加速技术,自由电子激光先进技术和激光技术,大幅提高逆康普顿散射所产生的光子个数,为超快科学提供造价和规模适中,并具备单发成像能力的波长可调谐的超快超强相干x光源。项目拟探索国际上最前沿的各种将初始在x光波长尺度上随机分布的电子束转换为间隔为x光波长的微束团的新颖方法,结合上海交通大学的现有仪器和技术储备,在理论上和实验上研究与基于逆康普顿散射的波长可调谐超强超快相干x光源相关的若干前沿问题。
 
3. 极端相对论光场驱动的粒子加速新机制探索(973课题)
课题负责人:张杰 院士
起止时间:2013.07.01-2016.06.30
合同金额:442 万元
摘要:本课题的主要研究内容和研究目标为发展新的理论和数值模拟手段,提出利用激光等离子体技术产生聚焦光强超过1024W/cm2的极端光场的方法;研究极端光场下的量子电动力学等极端物理过程,探索超强光场场下的真空极化效应、亚临界场下真空正负电子对产生等真空非线性物理新现象,并进而探讨实验验证的可能性。提出如何用10PW量级的强激光产生光子能量在10keV以上的极高亮度定向X和伽玛射线辐射的技术方案;提出用10-100PW的强激光产生10-100GeV的电子束和质子束的物理机制和技术方案。开展相应的理论和数值模拟研究,提出相应的实验研究方案,并为实验研究提供理论支撑。
 
4. 面向极端相对论光场加速的激光新技术 973课题)
课题负责人:钱列加 教授
起止时间:2013.07.01-2016.06.30
合同金额:720 万元
摘要:本课题的主要研究内容和研究目标为(1)解决大能量规模下二阶非线性过程脉冲信噪比提升的关键性科学问题,使之成为通用实用化信噪比提升技术;通过理论设计和实验验证相结合,研制出新型低噪声高能OPCPA放大器构型,发展激光放大器主动降噪技术;从种子光信噪比提升以及高能激光放大主动降噪技术双环节入手,解决制约相对论强激光发展的拍瓦级激光信噪比这一世界性难题。(2)解决拍瓦级激光脉冲高动态范围、高时间分辨率、宽窗口范围单发脉冲信噪比测量关键技术,建立实用化单发脉冲信噪比测量样机。(3)发展中红外波段宽带调谐高能OPCPA关键技术,解决中红外波段飞秒种子激光产生及色散控制等关键技术,实现太瓦级中红外强激光输出,为强激光物理实验提供理想的中红外驱动光源。(4)形成“飞秒OPA结合低噪声高能OPCPA”的多波段激光放大总体设计理论,建立整体性能超群的集多波段(1um,2-5um)、超高信噪比(>1010)、超高强度(>1020 W/cm2)于一体的拍瓦激光实验系统,为相对论性粒子加速提供优质的激光驱动光源,并为国际上下一代艾瓦激光发展奠定基础。
 
5. 新型量子材料中自旋与谷的电学操控与输运(973课题)
课题负责人:贾金锋 教授
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:299 万元
摘要: 本课题的主要研究对象是石墨烯和拓扑绝缘体。对于石墨烯,通过高度可控的掺杂,研究局域磁矩产生的机制,控制磁矩之间相互作用的方法;研究自旋-自旋相互作用、自旋-轨道相互作用对自旋极化弛豫的影响;研究一维晶格缺陷的谷过滤效应,研制无需磁场的电控谷阀;发展一套可以控制石墨烯中新型碳结构生长的方法,制备出有谷阀结构的石墨烯;通过外电场、磁场以及对杂质的调控,研究谷极化电流的产生和远距离输运。对于拓扑绝缘体,在高质量拓扑绝缘体中探索在量子化条件下的输运特性;利用拓扑绝缘体中自旋-动量锁定的特殊性质,探索自旋极化的产生与输运;在原子尺度探测由于自旋-自旋相互作用或自旋-动量锁定产生的量子现象;研究外加电场对拓扑绝缘体表面态相对其体材料电子态的能量移动,并对实验结果加以解释。本课题的研究目标是发展出新型量子材料性能优化的若干方法,揭示导致磁矩产生和强磁场下谷能级劈裂的机制,探索产生和控制自旋和谷极化流的方法,发展出高效可靠的自旋与谷极化流的注入、操控和探测手段,提高自旋和谷极化寿命,为基于电子自旋与谷自由度的新型信息处理器件提供原理和技术基础。
 
6. 大亚湾中微子实验能量刻度研究 973课题)
课题负责人:刘江来 特别研究员
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:212 万元
摘要:中微子是我们已知有质量的基本粒子中最轻的粒子,大亚湾中微子实验利用来自中广核大亚湾核反应堆的强大的中微子流来测量不同种类中微子之间的相互转换几率,这也是中微子质量非零的直接证据。上海交大刘江来团队在这个项目中负责探测器的刻度,利用72套“机械手”定期将放射源放置到探测器内 部对探测器对能量和粒子位置的响应进行刻度测量,修正中微子数率和能谱测量中的偏差。大亚湾实验在2012年国际上首次测量到了第三种中微子振荡模式,上海交大团队作出了重要贡献。为了进一步精确测量相互转换几率,在本课题中刘江来团队继续利用多种、多个位置的放射源开展探测器的 刻度工作并进行数据分析,把大亚湾实验发现中微子转换模式从发现变成精确测量。
 
7. 基于南极天文观测的宇宙学前沿问题研究 973课题)
课题负责人:王斌 教授
起止时间:2013.01.01-2017.12.31
合同金额:116 万元
摘要:本课题利用南极天文观测特性所能提供的高精度大范围的天文观测数据,结合国际上其他天文数据,利用高精度数值模拟技术、使用半解析方法与解析方法研究涉 及星系团及宇宙大尺度结构的一些重要基本问题,发展利用南极天文观测数据进 行宇宙学研究的方法体系,实现观测、理论和数值模拟三者的紧密结合。结合南 极观测数据从宏观上精密解析宇宙中结构形成。研究宇宙中的弱、强引力透镜系 统,并以此推算宇宙学参数。围绕暗能量的物理本质、宇宙大尺度结构等前沿关键问题给出物理解释,在前沿科学问题研究中取得有国际影响力的科学成果。
 
8. 拓扑绝缘体量子态的研究 973课题)
课题负责人:钱冬 特别研究员
起止时间:2011.01.01-2015.12.31
合同金额:753 万元
摘要:课题聚焦于高质量拓扑绝缘体的制备和量子态的表征与调控。制备各种高质量的拓扑绝缘体薄膜并将拓扑绝缘体薄膜和磁性、超导、介电等材料结合在一起。在拓扑绝缘体表面实现绝缘磁性薄膜生长,并对磁性进行控制和表征,研究磁性薄膜在拓扑绝缘体表面的磁畴形成情况,研究由磁性结构带来的新现象。研究超导电子对在拓扑绝缘体表面的渗透和扩散,研究探测和调控Majorana 费米子的实验方法。利用原位的表面敏感的输运测量技术,实现对表面拓扑态中电子的电学性质测量,并探索用外场调节拓扑绝缘体的输运性质。
 
9. 红外单光子及纠缠光子对的产生与探测 973课题)
课题负责人:董兵 教授
起止时间:2011.01.01-2015.12.31
合同金额:530 万元
摘要:本课题的主要研究内容为基于红外量子级联激光器的最新进展,单周期全空间受限量子结构及强非线性光学效应,发展出单光子及纠缠光子对产生器,并要求达到一经请求即可发射的高可控程度(一个电脉冲产生一个光子),以及达到单光子能被探测的最灵敏水平。该课题的目标是创造一个崭新的研究领域,为未来的量子通信和信息处理方面的应用提供基础理论研究和技术储备,制备所需的元器件。此前对单光子和纠缠光子的研究集中于可见和近红外区域,在红外波长区域尚且没有相关文献报道,我们的工作把探索工作拓展到这个波段,满足国家对于光电技术全波段覆盖的需求。
参加此项目的交大物理系人员:雷啸霖,沈文忠,董兵,刘世勇。
 
10. 铁电和碳基微纳结构中光电耦合和光诱导集体激发的调控 973课题)
课题负责人:郑杭 教授
起止时间:2011.01.01-2015.12.31
合同金额:612 万元
摘要:针对宽带隙铁电材料微结构、碳基量子点和介观光子平台结构的制备,以及这些结构中光电耦合、光诱导声子极化激元、激子极化激元相干调控机制等关键基础物理问题开展研究,同时研制新型信息处理器件。