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哈爾濱工程大學青島校區(qū)-招收申請考核制博士生
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納米光學和超材料國際聯(lián)合研究中心招生簡介 一、 研究方向簡介 近年來，前沿物理學領域涌現(xiàn)了許多新的科學現(xiàn)象和物理機理，這些新發(fā)現(xiàn)有望為突破傳統(tǒng)工程技術的瓶頸提供指引。同時，材料科學的突破和創(chuàng)新設計為這些新理論提供了驗證平臺，為新物理現(xiàn)象的工程應用提供了技術保障。因此，研究中心將以前沿物理為基礎，與材料科學、電子科學與技術、人工智能等多個領域進行交叉研究，以期為工程問題提供另辟蹊徑的解決方案，并推動技術的創(chuàng)新和進步。 方向一：新型多尺度多參量超材料 目前，材料特性在幾乎所有技術中都發(fā)揮著關鍵作用。近兩年來，人們對材料科學的興趣迅速增加，其中一個顯著的例子是納米材料在光電子、光伏和光子學領域的需求激增。然而，這些納米材料在與光的相互作用過程中并不能進行任意調(diào)控，因此需要構建基于納米材料的新型光學和電子學超材料，以實現(xiàn)對光子和電子的同時控制，這也可以擴展現(xiàn)代材料科學的視野。 本研究的重點將圍繞納米光學領域中的超表面和超材料的新范例開發(fā)，采用納米晶體超晶格和額外的納米結構在不同的尺度上進行設計： 在原子尺度上，優(yōu)化材料特性，最大限度地降低缺陷濃度并控制晶相，從而揭示用于光電、光伏和光子學的最高材料質(zhì)量。 在納米尺度上，提供從幾納米到幾百納米尺度的多物理設計和材料納米結構，包括納米圖案化和與光學共振納米結構的集成。在這個尺度上，電子和光子受到限制效應，這將顯著改變整體電子和光學響應，從而制作獨一無二的器件。 在大規(guī)模尺度上，大規(guī)模生產(chǎn)具有突出特性和擴展功能的器件，例如光電探測器、LED和微/納米激光器。這將推動材料科學和光電子學的發(fā)展，為實現(xiàn)新型光電子學器件的實際應用奠定基礎。 方向二：基于新型時空超表面的電磁近遠場精確調(diào)控。 隨著5G時代的到來以及物聯(lián)網(wǎng)等應用的快速興起，大量的電子設備和系統(tǒng)用于生物醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、移動通信等領域，海量的設備對不同形式的能源需求急劇增加。針對這種情況，最理想的解決方案是富集環(huán)境能量并進行高效分配和傳輸。這對于不同頻段的電磁場調(diào)控提出了嚴峻要求。隨著無線能量傳輸和電磁能量富集技術在各領域內(nèi)的廣泛應用，新的問題也隨之暴露出來。其中，如何對空間中獨立的多個接收器同時進行無線供能，且允許它們的空間位置與接收角度具有靈活性，以及如何確保在不同頻段下工作的能量傳輸系統(tǒng)在提供高效率的同時也能保證其電磁安全性能等問題，都需要得到解決。對于具有不同極化、不同入射角度和不同頻譜的電磁波能量，如何實現(xiàn)高效接收也是一個難題。 目前，這些問題的主要原因在于當前對于電磁近場和遠場的調(diào)控不足，無法按需調(diào)控電磁場的遠場輻射特性與近場分布特性，從而難以兼顧能量調(diào)控的高效性與穩(wěn)定性。因此，如何自由調(diào)控電磁近場分布、場強、相位、極化等特性，從而搭建高效而穩(wěn)定的電磁能量調(diào)控系統(tǒng)，已成為一項具有重要應用價值的研究熱點。 本研究將聚焦多模諧振器新穎電磁模式的調(diào)控機理，例如利用連續(xù)體中的束縛態(tài)（Bound states in the continuum, BIC）、特殊點（Exceptional Point）、零極子（Anapole）等新物理思想。通過研究關鍵參數(shù)對于不同電磁模式的影響，研究新材料的電磁響應特性，在超表面中引入時間調(diào)控因子，設計基于新型超表面的能量調(diào)控器件,并以此構建新型電磁能量調(diào)控系統(tǒng)，開展實驗驗證該方法的有效性。 方向三：多物理場高品質(zhì)因數(shù)諧振理論及設計 本研究旨在開發(fā)高品質(zhì)因數(shù)全電介質(zhì)和復合納米結構，并探究它們在非線性納米光子學、極化子學和生物傳感等領域的應用。具體而言，我們將使用連續(xù)體束縛態(tài)(BIC)的方法改善諧振器特性，并分析它們在各種應用中的有效性。 首先，開發(fā)基于高折射率材料（如Si、GaAs、GaP）的高品質(zhì)因數(shù)諧振器，以用于可見光和近紅外范圍內(nèi)的應用。為此，考慮幾種與平面技術兼容的微諧振器設計，并通過標準光刻方法進行制造。此外，提出針對非線性產(chǎn)生和激子與光學模式強耦合的微諧振器設計。 其次，探索用于生物物體光學檢測的新方法。近年來，連續(xù)體中束縛態(tài)的具有高品質(zhì)因數(shù)共振的超表面在納米光子學中得到廣泛研究，并且已經(jīng)顯示出它們的有效性用于增強光與物質(zhì)的相互作用和非線性光學效應。我們將考慮三種類型的傳感器：(i) 檢測可見光和近紅外范圍內(nèi)折射率變化的傳感器； (ii) 基于測量目標分析物在中紅外范圍的特征吸收光譜的傳感器； (iii) 基于圓二色性和在手性分子存在下退化高 Q 共振分裂的測量的手性分子傳感器。為了實現(xiàn)這些傳感器的最佳設計和對生物物體光譜的解釋，我們將廣泛使用機器學習算法和人工智能手段。 綜上，本研究的重點是開發(fā)高品質(zhì)因數(shù)全電介質(zhì)和復合納米結構，并研究它們在非線性納米光子學、極化子學和生物傳感等領域的應用。研究方向將涵蓋諧振器的設計和制造，以及用于生物物體光學檢測的新方法。 二、 研究中心情況介紹 納米光學和超材料國際聯(lián)合研究中心面向國際學術前沿，依托高水平國際學術合作和人才引進，立足物理學科，瞄準材料科學、信息技術、生物醫(yī)療等領域開展前沿交叉基礎研究。 研究中心主要進行三大平臺的建設：依托海外引進的知名專家組成的國際創(chuàng)新團隊，打造科研育人平臺；依托學校雙一流建設和其他財政資助建設若干頂尖的實驗室，打造國際共享實驗平臺；依托中心豐富的海內(nèi)外人脈資源，聯(lián)合國際學術大師，打造具有影響力的國際學術交流平臺。 中心積極響應國家戰(zhàn)略需求，圍繞無線電物理、納米光學、凝聚態(tài)物理、先進材料等領域開展科學研究和人才聯(lián)合培養(yǎng)。中心從跨學科研究的角度在基礎制備、微納加工和新型材料研發(fā)等方面建立必要的理論系統(tǒng)，實現(xiàn)對新能源及智能制造等領域各類器件的精細光調(diào)控；整合前沿納米光子學概念和先進超材料制造技術，為下一代量子通信、傳感、綠色能源等領域提供重大基礎創(chuàng)新成果。硬件條件建設方面，研究中心建設超凈間、微納加工實驗室、分析表征測試實驗室、微波太赫茲實驗室、超快光學實驗室，旨在建設具有國際水準的集材料加工、光譜表征、器件制備為一體的綜合研究平臺。 三、 中心人員情況簡介 宋明肇，1989年出生，2021年入職哈爾濱工程大學并入選國家級人才計劃，2022年任哈工程青島校區(qū)副主任、博士生導師。研究領域為超材料與超表面、電磁能量調(diào)控、多物理場傳感。在Nature Electronics, PRL等頂級期刊發(fā)表文章50余篇。 謝爾蓋·馬卡洛夫，1988年出生，研究領域包括納米光子學、鈣鈦礦、納米科學、納米激光器、激光-物質(zhì)相互作用、納米尺度的超快和非線性現(xiàn)象。在Nature Communications, Nano Letters等頂級期刊發(fā)表學術論文200余篇。 安德烈·博格丹諾夫，1986年出生，研究領域包括連續(xù)體中的束縛態(tài)、表面波、等離子體、光子學、超材料、超表面、微腔、半導體物理等。在Science, PRL等頂級刊物發(fā)表學術論文150余篇。 名額有限，有意者請發(fā)送簡歷至heu-qd@hrbeu.edu.cn |
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