项目简介：  

本项目属凝聚态物理的界面生长物理学方向。围绕晶体生长的微观机制，建立了系统的实际晶体生长的缺陷机制理论体系；揭示了重力场中表面张力对流和电致对流对晶体生长的效应，发展了环境相中的传输理论；系统地研究了非平衡系统中生长形态的分叉机制和调控规律，阐述了成核、生长与界面环境的关系，并以此为基础发展了微/纳晶体的生长与自组装的技术。

1．基于缺陷引起的点阵畸变以及缺陷邻近原子组态的分析，指出除螺位错外，刃位错、混合位错、层错、孪晶等在特定条件下都能成为台阶源对界面生长作出贡献，将国际上1950年代以来沿用的Frank螺位错机制推广为更为普遍的缺陷机制与理论。该系列工作被应用到广泛的生长系统中，是晶体生长理论近几十年来最重要的发展之一。

2．设计了若干传输限制的生长系统，揭示了表面张力对流和电致对流对晶体生长的效应，发现了受限的溶质传输与非线性生长动力学的耦合导致的生长界面前浓度场的自发振荡，并揭示了其对一系列时空周期结构产生的贡献。该系列工作发展了环境相中晶体生长的传输理论，促进了传统晶体生长学与非线性物理的学科交叉。、

3．系统地发展了非平衡条件下的生长形态学与动力学。首创了超薄电化学沉积等实验体系和方法，系统地揭示了规则分岔、无规分岔的物理原因以及噪音产生的物理图象；发展了流体失稳噪音与分子热运动噪音的抑制的方法。深刻研究了成核与界面环境的关系，通过可控选区成核发展了金属微结构的图案生长技术；发现了异质衬底上晶体横向生长时表面张力造成的长程有序结构的生长机制。该系列工作为微/纳结构的自组织生长技术提供了物理基础。

本项目包含35篇发表在 Nature, Phys. Rev. Lett., Adv. Mater., Phys. Rev. 等重要刊物的论文，晶体生长专著一部。10篇代表作被200篇次他人SCI论文正面引用，引文来自Phys Rep., Science, JACS, PRL 等刊物。本项目在重要国际会议，如APS March Meeting, MRS Fall Meeting上做邀请报告15余次。

主要发现点：

本项目从近平衡条件下晶体生长缺陷机制和远离平衡条件下时空自组织现象出发，研究晶体生长的机制、过程和形态。建立了近平衡条件下系统完整的实际晶体生长的缺陷机制；通过揭示重力场中表面张力对流和电致对流对生长的效应，发展了环境相中的传输理论；通过揭示规则分岔和无规分岔的物理原因、生长形态的转变机制和选择规律、以及流体失稳噪音与分子热运动噪音的抑制方法等，系统发展了非平衡生长系统中的晶体生长形态学与动力学；以此为基础，阐明了成核与界面环境的关系，发展了金属微结构的图案生长技术，揭示了自组织生长中若干长程有序结构的形成机制，为自组织生长技术提供了物理基础。

1. 对经典晶体生长理论和生长动力学的贡献。

基于缺陷引起的点阵畸变以及缺陷邻近原子组态的分析，指出除螺位错外，刃位错、混合位错、层错、孪晶等在特定条件下都能成为生长台阶源对界面生长作出贡献，将国际上1950年代以来沿用的Frank螺位错机制推广为更为普遍的缺陷机制与理论 (论文 7-10)。该系列工作被应用到广泛的生长系统中，是晶体生长理论近几十年来最重要的发展之一。（学科：界面生长物理学；晶体生长学）

2. 发展环境相中晶体生长传输理论，促进传统晶体生长与非线性物理的学科交叉。

设计了若干传输限制的生长系统，揭示了表面张力对流和电致对流对界面生长的效应(论文1等)，发现了受限的溶质传输与非线性生长动力学的耦合导致的浓度场的自发振荡及其规律，揭示了其对产生一系列时空周期结构的贡献(论文2等)。（学科：界面生长物理学；晶体生长学）

3. 系统发展了非平衡条件下的生长形态学与动力学。

首创了超薄电化学沉积等实验体系和方法 (论文4等)，系统地揭示了规则分岔、无规分岔的物理原因以及噪音产生的物理图象 (论文6等)；发展了流体失稳噪音与分子热运动噪音的抑制的方法；发现了单分子膜体系中由局域光辐照控制的生长现象，系统研究了分形、枝晶与小面化晶体间的形态转变；深刻研究了成核与界面环境的关系(论文3,5等)。（学科：界面生长物理学；表面与界面物理学）

4．促进微-纳尺度晶体生长与组装技术的发展。

通过表面修饰实现可控选区成核，发展了金属微结构的图案生长技术(论文5等)；借助生长界面前浓度场自发振荡和超薄电化学沉积系统，实现了周期纳米结构阵列的自组织生长(论文4等)；发现了异质衬底上晶体横向生长时三相交接处表面张力引起的长程有序结构的生长机制(论文3等)。 （学科：界面生长物理学）

主要完成人：

1.  王牧

本项目晶体生长行为和远离平衡条件下时空自组织现象的主要发现者，对主要发现点2、3、4作出主要贡献。设计了若干传输限制的生长系统，揭示了表面张力对流和电致对流对晶体生长的效应，发现了溶质传输与非线性生长动力学耦合导致的生长界面前浓度场的自发振荡，并揭示了其对一系列时空周期结构产生的贡献; 首创了超薄电化学沉积等实验体系和方法，揭示了规则分岔、无规分岔的物理原因以及噪音产生的物理图象；发展了流体失稳噪音与分子热运动噪音的抑制的方法。深刻研究了成核与界面环境的关系，通过可控选区成核发展了金属微结构的图案生长技术；发现了异质衬底上晶体横向生长时表面张力造成的长程有序结构的生长机制等。工作量占80％。

2.  闵乃本

本项目近平衡条件下晶体生长缺陷机制和生长动力学 (发现点1)的主要完成人，同时对发现点2-4作出重要贡献。基于缺陷引起的点阵畸变以及缺陷邻近原子组态的分析，指出除螺位错外，刃位错、混合位错、层错、孪晶等在特定条件下都能成为台阶源对界面生长作出贡献，将国际上1950年代以来沿用的Frank螺位错机制推广为更为普遍的缺陷机制与理论。该系列工作被应用到广泛的生长系统中，是晶体生长理论近几十年来最重要的发展之一。工作量占60％。

10篇代表性论文：

1.   Formation of a mesh-like electrodeposit induced by electroconvection Nature 367, 438-441 FEB 3 1994

2.   Alternating morphology transitions in Electrochemical deposition Phys. Rev. Lett. 71: 113-116 JUL 5 1993

3.   Fractal aggregations at low driving force with strong anisotropyPhys. Rev. Lett. 80: 3089-3092 APR 6 1998

4.   Nanostructured copper filaments in electrochemical depositionPhys. Rev. Lett. 86: 3827-3830 APR 23 2001

5.   Regular arrays of copper wires formed by template-assisted electrodepositionAdv. Mater. 16 (5): 409 MAR 5 2004

6.   Pattern formation in noise-reduced electrochemical deposition Phys. Rev. E 48: 3825-3830 (1993)

7.   Twin lamella mechanism of fcc crystal growth: Monte-carlo simulation approach J. Crystal Growth 115, 199-202 (1991)

8.   Defect mechanism of crystal growth and their kineticsJ.Crystal Growth 128: 104-112(1993).

9.   Twin lamellae as possible self- perpetuating step sourcesJ.Crystal Growth 87:13-17 (1988).

10.  Stacking faults as self-perpetuating step sourcesJ.Crystal Growth 91:11-15(1988)