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99-超高压等极端条件下物质结构、 超高压等极端条件下物质的结构、 性质与新型功能材料 一、项目定义 项目名称：超高压等极端条件下物质的结构、性质与新型 　　功能材料 项目领域：基础科学 涉及的主要学科：凝聚态物理（国家重点学科）、原子和 　　分子物理（国家重点学科） 项目主要研究方向： 　　　● 超高压等极端条件下凝聚态物质的结构和性质 　　　● 超硬与多功能新材料的高温高压合成 　　　● 薄膜材料与其他特殊性能新材料的制备和性质 　　　● 极端条件下的原子分子物理 　　　● 原子分子团簇与生物分子的结构及光激发动力学 二、 项目背景 　　1．项目建设意义 　　物质在几万至上百万大气压和高温、低温、强磁场、强激光场、超快过程等相结合的特殊环境下会出现许多新的物理现象，从而提出许多新的物理问题。通过超高压等极端条件下物质结构和性质的研究，不仅可以深入认识现有的各种物理现象与规律，揭示在常规条件无法获得的物质科学的新现象与新规律，发展新的理论，而且能为促进本学科与相关学科的发展提供重要的实验和理论基础。 　　在高压下元素可以具有异于常规元素周期表的价态，因而构成的物质将呈现新的结构与性能。压力能增强物质内部电子关联、电子-声子相互作用，改变电子自旋的取向，为凝聚态物理理论模型的建立、验证与发展提供了崭新的依据。高压下物质的电子共有化的趋势导致分子键、离子键或共价键的金属化过程，包含了大量未知的物理内容。原子分子是决定物质结构与性能的最基本单元，从原子分子层次上阐明基本物理定律，认识物质结构的规律，直接为相关学科的发展提供理论依据、实验方法以及各种各样的原子分子信息与基本数据。高压对生物物质结构、行为影响的研究，会促进人类对无机-有机-生命合成过程与生命起源的认识。光和生物分子相互作用诱导产生生物体系的一系列重要原初过程，在超快时间尺度上认识这种相互作用与过程对生物科学十分必要。现在实验室中可以模拟地球内部的高温高压环境，这大大拓宽了人类对地球构造及内部物质生成与性质的认识能力。 　　超高压等极端条件下物质结构和性质的研究直接和国民经济发展与国家安全涉及的许多重要问题相关，高技术的新概念新构思，在相当程度上依赖于这些领域的创新性的发展与突破。高温、高密度、强场下的原子分子状态与过程的研究，对于能源、空间及武器的研究和发展都有十分重要的意义。在极端条件下的物质结构和性质的研究，还可以为模拟核爆炸，飞行器再入大气层，穿甲破甲过程，强激光、高速粒子流作用下材料的破坏机制和防护等国防建设相关的问题提供重要的物理依据。利用高压等极端条件揭示物质新的亚稳相，探讨常规条件下获取非平衡态物质的途径，正在促进超硬材料、功能材料、其他新材料与新化合物的合成新技术的发展。高压对稀土材料的特殊原子壳层结构与电、磁、热、声、光的交叉效应的影响的研究，为新一代多功能、高性能材料的制备提供了源泉。高温高压下合成的人造金刚石与立方氮化硼等超硬材料已形成了超硬材料产业，而高品质金刚石膜、立方氮化硼膜等薄膜材料研究正在向多功能应用方向发展。 　　2．国际水平 　　美国高压研究中心的华盛顿－卡内基研究院是多项超高压新技术的发源地，拥有多种先进的高压原位测量系统，已获得了550GPa的最高压力、100GPa的静水压与5000K的高温，在超高压实验和理论研究方面做出许多开创性工作，处于国际领先地位。日本在大腔体超高压容器与高温高压下新材料合成研究方面处于国际领先水平。 　　在金刚石膜研究方面，美国贝尔实验室、诺顿公司，日本无机材料研究所与德国夫琅与费薄膜和表面技术研究所等单位处于国际领先地位。在立方氮化硼薄膜研究方面，日本近2年研究进展最快，已制备出厚度大于1?m的附着力好的高结晶膜，为立方氮化硼薄膜的应用创造了条件。 　　在高温高压合成金刚石与立方氮化硼研究方面，美国G.E. 公司与英国De Beers公司是目前国际上研究和生产实力最强的垄断集团，De Beer公司合成出目前世界上最大、无色透明金刚石单晶（16mm尺寸、重量25克拉）。日本无机材料研究所、筑波大学在高纯宝石级大颗粒金刚石合成方面居国际领先。日本合成出目前世界上最大立方氮化硼单晶（尺寸为3mm），并在实验室制成了高温p-n结。 　　原子分子物理学当前正处于新的发展高峰时期，在原子分子结构、碰撞动力学、和辐射相互作用与检验各种基本物理定律等方面不断取得令人瞩目的重大进展。当前原子与分子物理学的许多前沿研究课题(例如高激发态、高离化态及其他新体系的研究，原子分子团簇研究，强场中原子分子的研究等等)不仅具有重大的科学意义，而且具有很强的应用背景。因此美国、西欧、日本及俄罗斯等国家对原子分子物理学都十分重视。美国主要研究不仅在著名大学而且很大程度集中在能源部、国防部与军方支持的实验室。 　　3．国内水平 　　国内