舊版 English

“答”問如流 妙“辯”連珠 | 研究生答辯風采展示:物理學院楊振乾

    編者按:百年大計,教育為本。為全面提高人才培養質量,著力培養擔當民族復興大任的時代新人,北京大學深入貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述,堅持立德樹人的根本使命,瞄準科技前沿和關鍵領域,以全員、全過程、全方位育人為基礎,嚴格執行全過程管理,優化答辯程序及制度,堅持學位授予高標準,蹄疾步穩,教育改革取得扎實成效。學位論文答辯是研究生培養過程和培養成果的集中體現,是研究成果展示的重要平臺。研究生院推出“‘答’問如流 妙‘辯’連珠——北京大學研究生答辯風采展示”系列報道,將各院系答辯特色做法和精彩瞬間匯集成文,集中展現研究生的科研能力和綜合素養,為各院系進一步提升培養質量提供借鑒與參考。

    首夏猶清和,芳草亦未歇。在北京大學物理學院中樓312會議室,物理學院凝聚態物理所半導體納米光子學專業2016級直博生楊振乾順利完成了博士學位論文答辯。由北大物理學院秦國剛院士、戴倫教授、冉廣照教授、馬仁敏研究員、葉堉研究員、徐萬勁高級工程師和中國科學院半導體研究所闞強教授、北京師范大學物理學院陳建軍教授組成的博士學位論文答辯委員會對楊振乾的博士學位論文進行了現場評審。

 

楊振乾向評委老師進行論文成果展示

博士學位論文答辯主要由三個環節組成,分別是學術成果展示、評審專家提問及答辯委員會投票表決。首先,楊振乾對其博士學位論文《基于新結構和材料的半導體光電器件研究》進行了30分鐘的詳細說明與展示。該論文主要從新的物理機制與新的材料體系兩方面對光電器件進行了研究,從而開發研制出新型光電器件,提升光電器件性能,拓展光電器件應用場景。

展示開始時,楊振乾向各位答辯專家就研究新型半導體光電器件的背景、意義以及其博士論文的思路與目標進行了介紹。半導體光電器件是現代信息技術的基石。近年來,一系列新的物理概念與原理如拓撲光學、等離激元光子學、非厄密光學的發展為新型高性能半導體光電器件的發展帶來了新的維度和方法同時,新型光電功能材料如有機鉛鹵鈣鈦礦材料、量子點材料、二維材料的突破也為新型高性能半導體光電器件的發展帶來了新的機遇。楊振乾的博士學位論文正是聚焦于以上兩個方面,在導師馬仁敏研究員的指導下,對新型高性能半導體光電器件進行了深入研究,實現了基于自旋動量鎖定邊界態的拓撲渦旋激光器和基于鈣鈦礦單晶薄膜的光電探測器。

在介紹基于自旋動量鎖定邊界態的拓撲渦旋激光器這部分工作時,楊振乾同學主要展示了拓撲渦旋激光器的獨特性能與優勢。在常規回音壁模式微腔中,頻率簡并的順時針和逆時針傳播的兩個行波模式會因為缺陷和轉角引起的背向散射產生耦合,形成兩個駐波模式。然而駐波模式在激射過程中存在空間燒孔效應,導致不同模式之間存在模式競爭,難以實現單模激射。同時回音壁模式在光子共振回路的平面內需要有較大波失,因而難以實現垂直方向性出射。而在拓撲渦旋激光器中,由于其自旋動量鎖定的拓撲腔模受到光子晶體對稱性的保護,不存在模式的背向散射,頻率簡并的兩個反向傳播的模式因為不會產生耦合,可以保持很好的行波特性。行波模式振幅在空間分布均勻,避免了空間燒孔效應,同時抑制了其他模式,使得拓撲渦旋激光器可以實現單模激射。更為有趣的是,由于拓撲邊緣態的面內動量很小,其主要輻射場處于與共振腔垂直的方向,使得出射光束擁有良好的垂直方向性。楊振乾在論文中還進一步展示了拓撲渦旋激光出射光場的自旋和軌道角動量,發現出射光場的自旋和軌道角動量和拓撲腔模近場的自旋和軌道角動量具有一一對應的關系。

拓撲渦旋激光器的優勢

在介紹基于鈣鈦礦單晶薄膜的光電探測器這部分工作時,楊振乾同學主要介紹了使用單晶薄膜材料進行鈣鈦礦探測器制作的意義。單晶半導體薄膜是構建高性能光電子器件的基石。然而目前鈣鈦礦器件大多基于多晶薄膜或者厚度在十微米量級以上的單晶鈣鈦礦材料。對于多晶薄膜來說,其內部的晶界與缺陷增加了載流子的散射與復合,使得載流子傳輸效率降低,限制了器件的性能;對于厚的單晶來說,不必要的材料厚度會增加載流子的傳輸時間和復合比例,從而限制了器件的性能。鈣鈦礦材料厚度與結晶性的同時優化對發展高性能鈣鈦礦器件的重要性不言而喻。楊振乾通過施加壓力的方法對晶體生長進行空間限制調控晶體厚度,同時對襯底表面進行修飾控制成核過程,生長出了厚度可控的大面積CH3NH3PbBr3單晶薄膜。在此基礎上制備了高性能單晶鈣鈦礦薄膜光電探測器。得益于同時優化的鈣鈦礦材料厚度與結晶性,該探測器可實現200個光子的脈沖弱信號探測,光增益超過10的7次方。此外,楊振乾在論文中還對基于不同厚度的單晶鈣鈦礦薄膜材料的器件性能進行了系統研究,揭示了材料厚度對器件性能的重要影響。

答辯委員會專家充分肯定了論文的學術創新,并進行了30余分鐘的提問和討論。例如,答辯主席闞老師提出,加工誤差等會不會破壞激光器中拓撲結構的魯棒性。楊振乾從整個體系的旋轉對稱性以及模擬和實驗結果進行了回答與論證,得到了目前整個體系魯棒性非常強的結論,可以對一般的加工誤差進行容忍。專家們還對論文中相關工作的進一步深入研究提出了寶貴建議。

答辯結束后,答辯委員會對楊振乾的博士學位論文進行了討論與無記名投票表決,最后由答辯委員會主席闞強老師宣布楊振乾全票通過博士學位論文答辯。

楊振乾與答辯委員會合影

【個人簡介】

楊振乾,物理學院凝聚態物理2016級納米半導體光子學博士生,導師為凝聚態與材料物理研究所馬仁敏研究員。楊振乾的博士論文聚焦于新型半導體光電器件研究,在《Nature Nanotechnology》《Physical Review Letters》、《Advanced Materials》等期刊發表了多篇論文。楊振乾曾獲選代表中國博士生參加第69屆諾貝爾獎獲得者大會,并在會上做海報展示。他在博士就讀期間曾獲得國家獎學金、專項獎學金等獎勵及北京大學三好學生、北京大學三好學生標兵等榮譽,多次在國際會議做口頭報告或海報展示,并獲得ACP/IPOC最佳海報獎、鐘盛標論壇一等獎、五校聯盟博士生論壇一等獎、iCanX研究生學術聯賽冠軍等獎項。楊振乾被評為2021屆北京大學優秀畢業生與北京市優秀畢業生,其博士學位論文也被推薦為北京大學優秀博士學位論文。

【對母校/學院/導師想說的話】

時光飛逝如白駒過隙,轉眼間博士的五年時光已經匆匆流過,而我的記憶仿佛還停留在剛入學的時刻,無論是實驗失敗的煎熬還是成功的欣喜,都歷歷在目。古之成大事者,不惟有超世之才,亦有堅忍不拔之志。五年時光不短不長,每天往返于宿舍、食堂與實驗室,體會過通宵到凌晨返回時的刺骨寒冷,但也享受了第一縷陽光的溫柔。現在再回首,想想當時的艱辛,現在也能安心的給予一個微笑一聲感嘆,也覺得很是值得了。

剛到北大,我只是一個迷失在科研道路上的路癡,一路走來,感謝我的導師馬仁敏研究員的引導與教誨。馬老師客觀嚴謹的科研態度以及做事態度和方法使我在后續的科研和生活中受益匪淺。馬老師對我要求嚴格,在我失落時鼓勵我,在我迷茫時引導我,在我自大時點醒我,始終鞭策我更進一步。感謝所有的老師和同學,通過你們的言行與幫助,我得以將不成熟的想法逐步變成現實。

感謝北大嚴謹的學風與兼容并包的氣氛,能使我將人生最有創造力的五年時光在燕園揮灑。博士畢業不是終點,而是人生新的起點,在北大讀博不僅教會我知識,更教會我堅韌的態度與不屈的精神。長風破浪會有時,直掛云帆濟滄海。

 

    供稿:楊振乾

    整理:柴亦林

返回
忘忧草在线社区WWW中国中文-亚洲激情-美国禁忌矿桥矿6集-为了儿子考试我给了他一次-无人区在线高清完整日本