專家信息：

宋飛，男，1983年2月出生，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所“**計劃”研究員，碩士生導(dǎo)師。 

教育及工作經(jīng)歷：

2000.09-2004.06，國防科技大學(xué)應(yīng)用物理系學(xué)士。

2004.09-2009.06，浙江大學(xué)物理學(xué)博士。

2007.10-2009.03，丹麥奧胡斯大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生。

2009.09-2011.05，挪威科技大學(xué)博士后。

2011.06-2014.08，荷蘭格羅寧根大學(xué)博士后。

2014.08-今，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所研究員。 

主講課程：

資料更新中……

培養(yǎng)研究生情況：

擬培養(yǎng)4-6名研究生。

研究方向：

主要集中在基于界面/表面的低維及多維納米結(jié)構(gòu)的制備和表征上，主要利用掃描隧道顯微譜(STM)、光電子能譜(XPS, ARPES)以及超高真空四探針電導(dǎo)測量系統(tǒng)進形貌結(jié)構(gòu)和電子、電學(xué)性質(zhì)的研究。如功能有機分子在金屬/半導(dǎo)體界面上的自組裝超分子結(jié)構(gòu)和聚合構(gòu)筑體結(jié)構(gòu)，以及基于SiC基底的石墨烯微結(jié)構(gòu)的調(diào)控制備；半金屬Bi的拓?fù)浔砻鎽B(tài)的研究及其薄膜潛在的拓?fù)鋺B(tài)的探索，Bi2Se3拓?fù)浣^緣體的摻雜研究等。

承擔(dān)科研項目情況：

1. 所啟動資金項目，近常壓光電子能譜基站的搭建及相關(guān)科學(xué)問題研究，負(fù)責(zé)人，70萬元。

2. 荷蘭國家自然科學(xué)基金項目，一維分子鏈的電學(xué)性質(zhì)研究，主要參與人，50萬歐元。

科研成果：

1. 利用掃描隧道顯微鏡譜、光電子能譜等系統(tǒng)，對組裝在Ag/Si(111)半導(dǎo)體表面上的CoPc有機分子層的電導(dǎo)、電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等進行測量。這是國際上第一次直接測量到了有機分子薄膜層的導(dǎo)電特性，與其他間接測量有機薄膜層電導(dǎo)性質(zhì)相比，更加直觀可信。這項研究不僅在探索有機半導(dǎo)體材料在金屬和半導(dǎo)體電極上自組裝的機理和電學(xué)性質(zhì)方面取得了重要的原創(chuàng)性成果；更重要的是，發(fā)現(xiàn)了有機分子薄膜層的電導(dǎo)隨其厚度呈現(xiàn)出非線性變化的規(guī)律和隨溫度變化而出現(xiàn)的相變現(xiàn)象。這項研究對設(shè)計新型光電器件及提高有機分子器件的效率和性能都有著重要的指導(dǎo)意義，解決了該領(lǐng)域內(nèi)的一個關(guān)鍵問題。

2. 對于傳統(tǒng)加熱SiC制備石墨烯的方法提出了優(yōu)化：利用Fe薄膜層的幫助，只需加熱SiC到700℃左右就得到了石墨烯，同時降低了退火溫度（能耗）和石墨烯的表面缺陷。本研究的創(chuàng)新之處在于實現(xiàn)了石墨烯的可控生長和對石墨烯納米結(jié)構(gòu)的微調(diào)控，如石墨烯量子點、石墨烯納米帶、石墨烯納米島等，這將對加速豐富石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用道路起到重要的推動作用。

3. 完成E-line軟硬X射線結(jié)合的近常壓光電子能譜實驗站的設(shè)計方案及可行性設(shè)計評審。

自2014年8月底加入上海光源團隊后，緊緊圍繞光源二期工程的規(guī)劃和肩負(fù)的任務(wù)，借鑒國同類裝置的建設(shè)經(jīng)驗并基于現(xiàn)有基礎(chǔ)和工作積累，認(rèn)真論證、規(guī)劃E-line光束線中的軟硬X射線結(jié)合近常壓光子能譜實驗站（NAP-XPS）的設(shè)計方案，從實驗站的布局規(guī)劃，到各個腔體的大小及擴展窗口的選擇都仔細研究。和E-line建設(shè)團隊一起在2014年10月組織國內(nèi)相關(guān)專家對設(shè)計方案進行了討論，并在專家反饋意見的基礎(chǔ)上對設(shè)計方案進行了進一步的細化。目前實驗站設(shè)計方案已完成了可研報告，并于2015年3月初參加了國內(nèi)可行性設(shè)計評審，后面將進一步細化設(shè)計報告并準(zhǔn)備方案的英文版，參加2015年4月組織的國際專家可行性評審會。

4.開展了碲在鎳基合金中的擴散及相對應(yīng)的微機構(gòu)變化的研究，以及Zn4Sb3能源材料因熱處理引起的熱電性能改變及對應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化研究。基于課題組的交叉研究與核能堆材料課題組的合作研究需要，展開Te在Ni金屬中的擴散及吸附研究，利用XPS實驗方法研究分析Te與Ni的反應(yīng)產(chǎn)物和Te的擴散機理，并撰寫了相關(guān)的國際科學(xué)基金申請書，以期掌握裂變產(chǎn)物Te誘發(fā)鎳基合金開裂的機理，為熔鹽反應(yīng)堆技術(shù)和相關(guān)合金材料研發(fā)提供必要基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。同時，和丹麥Aarhus大學(xué)合作，利用他們生長制備Zn4Sb3熱電合金材料，我們對其熱電性能的變化與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系展開了系列研究，通過XRD,XAFS,SEM及EDS等手段綜合分析清楚了表面及界面的精細原子結(jié)構(gòu)及其隨著溫度的變化規(guī)律，掌握了其內(nèi)部的原子配位精細結(jié)構(gòu)和其熱電性能隨溫度改變的物理機制。

代表性論文：

1. One-dimensional spin texture of Bi(441):Quantum spin Hall properties without a topological insulator，Physical Review B，2015，第2作者

2. Comment on “Insight into Organometallic Intermediate and Its Evolution to Covalent Bonding in Surface-Confined Ullmann Polymerization”，ACS NANO，2014，通訊作者

3. Self-assembly of pyrene derivatives on Au(111): substituent effects on intermolecular interactions，Chemical Communications，2014，第2作者

4. Supramolecular self-assembly of metal-free naphthalocyanine on Au(111)，Physical Chemistry Chemical Physics，2014，第2作者

5. The layer-by-layer stoichiometry of La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 thin films and interfaces，Surface and Interface Analysis，2013，第1作者

6. Surface stoichiometry of La0.7Sr0.3MnO3 during in vacuo preparation; A synchrotron photoemission study，Surface Science，2012，第2作者

7. Iron-mediated growth of epitaxial graphene on SiC and diamond，Carbon，2012，第2作者

8. Extracting the near surface stoichiometry of BiFe0.5Mn0.5O3 thin films; a finite element maximum entropy approach，Surface Science，2012，第1作者

9. Robust Surface Doping of Bi2Se3 by Rubidium Intercalation，ACS NANO，2012，第2作者

10.Suppression of the surface conductivity transition temperature by organic adsorbates on Si/Ag，Applied Physics Letters，2011，第一作者

11. Direct measurement of electrical conductance through a self-assembled molecular layer，Nature Nanotechnology，2009，第1作者

12. The adsorption with chairal structure of Fc-1 on Cu(110)surface，Chemical Physics Letters，2008，第一作者

13. Electeonic structures of CuPc on a Ag(110)surface，Journal of Physics:Condensed Matter，2008，第一作者

榮譽獎勵：

1. 2014年，入選中國科學(xué)院“**計劃”研究員。

2. 2007年，獲寶鋼優(yōu)秀學(xué)生特等獎，特等獎。

在凝聚態(tài)物理研究中發(fā)現(xiàn)未來

——記中科院上海應(yīng)用物理所研究員宋飛

寒冷冬天的窗玻璃上，常出現(xiàn)形態(tài)各異的冰花；夏日雨后的荷葉上，常有滴滴水珠滾動……這些現(xiàn)象對于普羅大眾只是平常現(xiàn)象，而對于科學(xué)工作者卻是探索研究的源泉，“這是表面界面上的動量、能量和質(zhì)量的遷移現(xiàn)象”，中科院上海應(yīng)用物理所宋飛，從他的專業(yè)角度闡釋了這兩個現(xiàn)象。

小現(xiàn)象中的大發(fā)現(xiàn)

每談到研究，平時少語的宋飛像變了個人似的，話匣子一下打開了，“凝”在東漢許慎的“說文解字”一書中同“冰”，指的是水結(jié)成冰的過程。而英語表述是condense，指的是密度變大，從氣或蒸汽變液體。看來西方人對凝聚現(xiàn)象的注意可能始于對氣體的觀察，特別是水汽從氣態(tài)到液態(tài)的現(xiàn)象。這是很有意思的差別，不過東西方二者原始意義的結(jié)合，恰恰就是今天凝聚態(tài)物理主要研究的對象—液態(tài)和固態(tài)。凝聚態(tài)物理學(xué)是從微觀角度出發(fā)，研究凝聚態(tài)物質(zhì)的宏觀物理性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系的一門學(xué)科。

作為當(dāng)今物理學(xué)最大也是最重要的分支學(xué)科之一，凝聚態(tài)物理學(xué)涵蓋了固體物理、晶體物理、金屬物理、半導(dǎo)體物理、電介質(zhì)物理等學(xué)科，研究范圍包括了與社會生活緊緊相關(guān)的方方面面——而正是這些與社會生活相關(guān)的研究深深吸引著宋飛。他最先關(guān)注到有機發(fā)光二極管，這項技術(shù)利用了有機薄膜的電致發(fā)光特性，“有機薄膜自身的電能如何？”這是他首先想到的，如果薄膜的導(dǎo)電性能不好，電荷的傳輸就會慢下來，而電子結(jié)構(gòu)本身的改變也會影響電子的傳輸性能。為此，他開始對不同厚度薄膜材料的電學(xué)性能進行檢測，在實驗室自己搭建了納米探針電導(dǎo)測量平臺并利用掃描隧道顯微鏡譜、光電子能譜等系統(tǒng)，對組裝在Ag/Si(111)半導(dǎo)體表面上的CoPc有機分子層的電導(dǎo)、電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等進行測量。這是國際上第一次直接測量到了有機分子薄膜層的導(dǎo)電特性，與其他間接測量有機薄膜層電導(dǎo)性質(zhì)相比，更加直觀可信。這項研究不僅在探索有機半導(dǎo)體材料在金屬和半導(dǎo)體電極上自組裝的機理和電學(xué)性質(zhì)方面取得了重要的原創(chuàng)性成果；更重要的是，發(fā)現(xiàn)了有機分子薄膜層的電導(dǎo)隨其厚度呈現(xiàn)出非線性變化的規(guī)律和隨溫度變化而出現(xiàn)的相變現(xiàn)象。這項研究對設(shè)計新型光電器件及提高有機分子器件的效率和性能都有著重要的指導(dǎo)意義，解決了該領(lǐng)域內(nèi)的一個關(guān)鍵問題。他的研究也在這個基礎(chǔ)上一發(fā)不可收拾。

從興趣使然到理性選擇

“最想讀軍校，去部隊為祖國的國防事業(yè)做貢獻”，這是年少時宋飛的夢想，也是他本科選擇國防科技大學(xué)的原因。高中的物理課程學(xué)到了很多電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)的知識，讓他覺得能用物理知識解決生活中的實際問題非常有成就感，尤其是班主任“把物理知識掌握好了，就可以把知識與社會、科學(xué)結(jié)合起來，讓知識發(fā)揮應(yīng)用價值”的一席話，令他最終選擇了偏應(yīng)用的光電物理，從此走上了應(yīng)用物理研究征途。

本科畢業(yè)后，受學(xué)長影響，宋飛選擇了去浙江大學(xué)從事凝聚態(tài)物理研究，并有幸遇到在凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域中頗有一番見解的良師。在導(dǎo)師的引導(dǎo)下，宋飛經(jīng)歷了從最初探索新材料到相關(guān)研究制備，從研究相關(guān)機理到對以應(yīng)用為背景的有機發(fā)光二極管器件研究，再到表/界面電子傳輸、傳輸效率、電導(dǎo)性質(zhì)等研究。在一步步的摸索中，他從對凝聚態(tài)物理產(chǎn)生興趣，發(fā)展到不斷研究，不斷總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上，先后發(fā)表了《有機半導(dǎo)體在金屬表面上的電子態(tài)研究》《吸附在金屬表面上的二維有機薄膜的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)測量》等一系列學(xué)術(shù)論文。隨著專業(yè)研究的深入，隨著人生閱歷的增長，宋飛愈來愈感到研究不僅是限于學(xué)術(shù)，研究還要有別的意義……這時，浙大要選送一批成績優(yōu)異，具有發(fā)展前景的學(xué)生到海外進行聯(lián)合培養(yǎng)，天道酬勤，宋飛被浙大第一批選中，2007年，他踏上了異國研究旅程。

在7年的“游學(xué)”中，宋飛在丹麥、荷蘭、挪威、德國等不同國家的不同實驗室進行研究，在不同的環(huán)境中，與不同科技工作者的交流中，宋飛發(fā)現(xiàn)表面/界面工程技術(shù)是當(dāng)前材料研究領(lǐng)域的熱點、還是發(fā)展新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的增長點和結(jié)合點，他告訴記者，“一般來說物體本身是均一的物態(tài)，所以不會發(fā)生太大變化，然而在兩種不同材料的交匯處，即我們所說的表面/界面，就會產(chǎn)生電學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及功效性質(zhì)等一系列變化，這些變化不僅在理論上有重要的研究價值，而且在幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用”，“這些年的研究經(jīng)歷告訴我，所有的研究項目都要有明確的目標(biāo)”。他的目標(biāo)就是，研究凝聚態(tài)物質(zhì)表面和界面處各種新穎的物理現(xiàn)象和性質(zhì)，比如新型低維納米結(jié)構(gòu)電子性質(zhì)的表征和調(diào)控，解決新型器件如有機鈣鈦礦太陽能電池、有機發(fā)光二極管中界面處影響器件效率的一些關(guān)鍵科學(xué)問題。

7年的“游學(xué)”不僅令宋飛開闊了眼界，找到了研究的意義，而且最大的收獲是獨立思考和動手能力。在國外，不論是研究生，還是博士生一般只有幾個月的適應(yīng)期，此后就必須由學(xué)生自己獨立思考、摸索、親自動手操作，并在每周的組會上要闡述自己的研究和發(fā)現(xiàn)，這些對開展科學(xué)研究具有很大的啟發(fā)作用，這與國內(nèi)學(xué)生動手能力和獨立思考能力不強形成了鮮明對比。具體是什么原因造成這種差距？宋飛認(rèn)為，一方面是因為國內(nèi)學(xué)生多而實驗設(shè)備有限，學(xué)生可操作的時間有限，同時也擔(dān)心損壞實驗設(shè)備而受到導(dǎo)師的批評，大大降低了親自動手的積極性；同時，國內(nèi)不少學(xué)生都習(xí)慣于參考一定程序和模式，沒有思考過程。他希望在對學(xué)生的培養(yǎng)中要增加一些獨自動手和獨立思考的機會，他希望，他的學(xué)生能多向他提問，能勇于探索，這也是他回國的一個目標(biāo)。

當(dāng)談到回國目標(biāo)時，宋飛說，“國內(nèi)的科研進步非常大，特別是近幾年，國家不但在科研的硬件與軟件上投入很大，而且對人才扶植也很大，就想盡快回國，建立起一支高效的科研團隊，利用自己的研究專長以己之力為國家做點貢獻。”2014年，宋飛放棄了國外優(yōu)越的條件，作為中國科學(xué)院“**計劃”海外杰出人才引進回國。

科研的意義在于應(yīng)用

“科研的目的在于應(yīng)用，應(yīng)用研究的意義是造福于社會、造福于民”，在研究中宋飛始終堅守著這樣的理念，他認(rèn)為，如果只強調(diào)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)物理研究，會與應(yīng)用結(jié)合脫離太遠；如果一味強調(diào)“探索發(fā)現(xiàn)”，又容易“天馬行空”使目標(biāo)不明確，喪失科研的意義。

傳統(tǒng)的石墨烯要1000多度的高溫，才能將碳化硅中的“碳”分離出來，形成石墨烯。1000多度的高溫不僅能耗高，形成資源浪費，而且，這樣的高溫會導(dǎo)致樣品形成缺陷，能不能把溫度降低？在研究中宋飛常常這樣想。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鐵遇到硅時會形成新的化合物，在700度的溫度下，“碳”就能輕易分離出來，形成石墨烯。這項“一舉兩得”的研究，不僅降低溫度，得到了石墨烯，還創(chuàng)新性地實現(xiàn)了人為調(diào)控的石墨烯納米結(jié)構(gòu)，如石墨烯量子點、石墨烯納米帶、石墨烯納米島等，“這是因為鐵膜的形狀可人為控制所致”。

隨著新能源、新材料在各領(lǐng)域方興未艾的廣泛應(yīng)用，太陽能電池作為新能源中一支新秀，異軍突起，倍受市場青睞，其涵蓋內(nèi)容廣泛。然而，在制作多晶硅的環(huán)節(jié)中會產(chǎn)生嚴(yán)重污染，加之清洗材料中含有各種化學(xué)制劑，使污染加重。而中國作為多晶硅太陽能電池原料的出口大國，深受其害，研究無污染的新型能源成為國家重大戰(zhàn)略需求。回國后，宋飛敏銳地捕捉到這個信息，他發(fā)揮一己之長，在功能性有機薄膜材料和鈣鈦礦太陽能電池上開展了一系列研究。基于對不同類型的薄膜材料的深刻認(rèn)識，他特意挑選幾種功能性薄膜材料并結(jié)合在一起，從而制備出性能優(yōu)異的電子產(chǎn)生層、空穴產(chǎn)生層等。

在研究中，盡管他的側(cè)重點是應(yīng)用研究，但他認(rèn)為，基礎(chǔ)物理研究也會對核心的應(yīng)用研究產(chǎn)生影響。比如在鈣鈦礦太陽能電池研究中，他就是借鑒前期有機薄膜的機理研究，通過摻雜引入功能性有機小分子，發(fā)現(xiàn)器件的性能得到了大幅提升，并通過研究其光電轉(zhuǎn)換效率的提升與相對應(yīng)結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，找到能形成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)且擁有較高的光電轉(zhuǎn)換效率的納米材料。他希望，通過這些研究，能為國家在新能源和新材料的發(fā)展上做出一點貢獻。

大平臺上的那扇窗

2014年8月底，宋飛加入了上海光源的大團隊。如果說上海光源是我國迄今建成的規(guī)模最大的大科學(xué)裝置和多學(xué)科研究平臺，那么，宋飛的研究就是這個平臺上展示風(fēng)景的那扇窗。這里是我國提升原始創(chuàng)新能力和培養(yǎng)凝聚優(yōu)秀人才的多學(xué)科交叉研究的重要平臺。

實驗室的研究結(jié)果大都是在超高真空或超低壓等非常潔凈的環(huán)境中得到的，雖然材料的性能非常好，但在真實環(huán)境中，受氣壓、水分、各種污染氣體影響，其原有的性能很有可能就會不復(fù)存在甚至改變，這意味實驗室中得到的好產(chǎn)品在真實應(yīng)用環(huán)境中將可能失效，如何彌補這個壓力鴻溝便成了當(dāng)下亟待解決的難題。方向決定行動，人才托起成功，借助上海應(yīng)用物理研究所材料與能源科學(xué)部的科研力量，宋飛很快組建了一支蓬勃的科研團隊。借鑒國外同類裝置的建設(shè)經(jīng)驗，在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，他們設(shè)計了軟硬X射線結(jié)合的近常壓光電子能譜實驗站，以便模擬一個盡可能真實的實驗環(huán)境，規(guī)劃已經(jīng)獲得國內(nèi)外專家的可行性評審?fù)ㄟ^。這期間大到實驗站的布局規(guī)劃，小到各個腔體的大小及擴展窗口的選擇無不傾注著整個團隊的心血。“實驗站一旦建成不但可通過調(diào)節(jié)入射光子能量，實現(xiàn)逐原子層（layer by layer）的元素分辨及化學(xué)形態(tài)的精細識別，而且能在氣相、液相、固相等原位條件下，實時準(zhǔn)確檢測各種樣品的物理結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)形態(tài)，直接觀察到表面反應(yīng)過程、形貌結(jié)構(gòu)變化，從而滿足材料、物理、化學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的多重需求。”

宋飛欣喜的不僅是他的多項研究將在這個平臺上得以實施，而且能通過這道窗，向世界展示他們原創(chuàng)的、新穎的“風(fēng)景”。

來源：科學(xué)中國人 2015年第10期