項目簡介：  

本項目屬凝聚態物理的界面生長物理學方向。圍繞晶體生長的微觀機制，建立了系統的實際晶體生長的缺陷機制理論體系；揭示了重力場中表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應，發展了環境相中的傳輸理論；系統地研究了非平衡系統中生長形態的分叉機制和調控規律，闡述了成核、生長與界面環境的關系，并以此為基礎發展了微/納晶體的生長與自組裝的技術。

1．基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為臺階源對界面生長作出貢獻，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論。該系列工作被應用到廣泛的生長系統中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發展之一。

2．設計了若干傳輸限制的生長系統，揭示了表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應，發現了受限的溶質傳輸與非線性生長動力學的耦合導致的生長界面前濃度場的自發振蕩，并揭示了其對一系列時空周期結構產生的貢獻。該系列工作發展了環境相中晶體生長的傳輸理論，促進了傳統晶體生長學與非線性物理的學科交叉。、

3．系統地發展了非平衡條件下的生長形態學與動力學。首創了超薄電化學沉積等實驗體系和方法，系統地揭示了規則分岔、無規分岔的物理原因以及噪音產生的物理圖象；發展了流體失穩噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法。深刻研究了成核與界面環境的關系，通過可控選區成核發展了金屬微結構的圖案生長技術；發現了異質襯底上晶體橫向生長時表面張力造成的長程有序結構的生長機制。該系列工作為微/納結構的自組織生長技術提供了物理基礎。

本項目包含35篇發表在 Nature, Phys. Rev. Lett., Adv. Mater., Phys. Rev. 等重要刊物的論文，晶體生長專著一部。10篇代表作被200篇次他人SCI論文正面引用，引文來自Phys Rep., Science, JACS, PRL 等刊物。本項目在重要國際會議，如APS March Meeting, MRS Fall Meeting上做邀請報告15余次。

主要發現點：

本項目從近平衡條件下晶體生長缺陷機制和遠離平衡條件下時空自組織現象出發，研究晶體生長的機制、過程和形態。建立了近平衡條件下系統完整的實際晶體生長的缺陷機制；通過揭示重力場中表面張力對流和電致對流對生長的效應，發展了環境相中的傳輸理論；通過揭示規則分岔和無規分岔的物理原因、生長形態的轉變機制和選擇規律、以及流體失穩噪音與分子熱運動噪音的抑制方法等，系統發展了非平衡生長系統中的晶體生長形態學與動力學；以此為基礎，闡明了成核與界面環境的關系，發展了金屬微結構的圖案生長技術，揭示了自組織生長中若干長程有序結構的形成機制，為自組織生長技術提供了物理基礎。

1. 對經典晶體生長理論和生長動力學的貢獻。

基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為生長臺階源對界面生長作出貢獻，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論 (論文 7-10)。該系列工作被應用到廣泛的生長系統中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發展之一。（學科：界面生長物理學；晶體生長學）

2. 發展環境相中晶體生長傳輸理論，促進傳統晶體生長與非線性物理的學科交叉。

設計了若干傳輸限制的生長系統，揭示了表面張力對流和電致對流對界面生長的效應(論文1等)，發現了受限的溶質傳輸與非線性生長動力學的耦合導致的濃度場的自發振蕩及其規律，揭示了其對產生一系列時空周期結構的貢獻(論文2等)。（學科：界面生長物理學；晶體生長學）

3. 系統發展了非平衡條件下的生長形態學與動力學。

首創了超薄電化學沉積等實驗體系和方法 (論文4等)，系統地揭示了規則分岔、無規分岔的物理原因以及噪音產生的物理圖象 (論文6等)；發展了流體失穩噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法；發現了單分子膜體系中由局域光輻照控制的生長現象，系統研究了分形、枝晶與小面化晶體間的形態轉變；深刻研究了成核與界面環境的關系(論文3,5等)。（學科：界面生長物理學；表面與界面物理學）

4．促進微-納尺度晶體生長與組裝技術的發展。

通過表面修飾實現可控選區成核，發展了金屬微結構的圖案生長技術(論文5等)；借助生長界面前濃度場自發振蕩和超薄電化學沉積系統，實現了周期納米結構陣列的自組織生長(論文4等)；發現了異質襯底上晶體橫向生長時三相交接處表面張力引起的長程有序結構的生長機制(論文3等)。 （學科：界面生長物理學）

主要完成人：

1.  王牧

本項目晶體生長行為和遠離平衡條件下時空自組織現象的主要發現者，對主要發現點2、3、4作出主要貢獻。設計了若干傳輸限制的生長系統，揭示了表面張力對流和電致對流對晶體生長的效應，發現了溶質傳輸與非線性生長動力學耦合導致的生長界面前濃度場的自發振蕩，并揭示了其對一系列時空周期結構產生的貢獻; 首創了超薄電化學沉積等實驗體系和方法，揭示了規則分岔、無規分岔的物理原因以及噪音產生的物理圖象；發展了流體失穩噪音與分子熱運動噪音的抑制的方法。深刻研究了成核與界面環境的關系，通過可控選區成核發展了金屬微結構的圖案生長技術；發現了異質襯底上晶體橫向生長時表面張力造成的長程有序結構的生長機制等。工作量占80％。

2.  閔乃本

本項目近平衡條件下晶體生長缺陷機制和生長動力學 (發現點1)的主要完成人，同時對發現點2-4作出重要貢獻。基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態的分析，指出除螺位錯外，刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在特定條件下都能成為臺階源對界面生長作出貢獻，將國際上1950年代以來沿用的Frank螺位錯機制推廣為更為普遍的缺陷機制與理論。該系列工作被應用到廣泛的生長系統中，是晶體生長理論近幾十年來最重要的發展之一。工作量占60％。

10篇代表性論文：

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)