法国国家科学院光子与纳米结构实验室

　　王肇中，男，1946年1月出生，毕业于中国科技大学物理系低温物理专业。1978年至1979年在中国科技大学任助教；1980年至1985年，法国格勒诺布尔大学在读硕士研究生，获“材料与幅射”科硕士 (DEA)；1981年1985年法国格勒诺布尔大在读学博士研究生，获法国国家博士；1985年至1987年在美国普林斯顿大学物理系进行博士后研究；1987年至1990年，受聘任美国普林斯顿大学物理系教员(faculty member), 研究员兼物理学讲师，从事高温超导电理特性研究，协助Ong教授组建美国普林斯顿大学超导研究组，对高温超导体的正常态物性做系统研究,实验研究取得一系列最新成果，获多项世界第一，在高温超导体霍尔效应研究方面处于公认的世界领先，参加 NSF, DO, DAPRA, NAVY, AIR FORCE 多项研究计划；1990年，受聘任美国休斯顿大学超导研究中心副教授，负责中心高温超导体基础研究；1990年至2000 年，受聘任法国国家科研中心微结构和微电子实验室主任研究员(Directeur de Recherche au CNRS,终身职)，是法国国家特聘公务员(因本人系中国籍)，被任命为实验室管理委员会成员，参与实验室管理，负责该实验室的基础研究项目质询。参加欧共体和法国电信研究中心多项研究计划；2000年至今，在法国科研中心光子与纳米结构实验室(LPN/CNRS)任主任研究员 (系2000年至今法国五个国家纳米平台之一)，并担任低温高真空隧道显微镜 (LTUHVSTM) 研究课题组组长。

　　在国际学术刊物(SCI)共发表 109 篇论文。其中发表在“自然”，“物理评论通信”，“物理评论” 和“应用物理通信” (Nature, PRL，PR and APL) 的论文38篇，被“物理评论通信” 和“物理评论”(PR and PRL)引用数平均为每篇31次。 据SCI统计，已发表的109 篇SCI论文共被引用 3200次, 其中被引用30次以上为29篇。

　　传统上，研制微电子器件和光学器件的物理基础是普通物理和凝聚态物理(含半导体物理) 。长期以来，光学器件是基於几何光学或波动光学的原理来进行研制，微电子电路设计遵循的定律是基尔霍夫电路定律。电磁场包括光场，麦克斯威四个方程被尊为所有电磁场的经典原理。进入二十一世纪后，我们进入了纳米领域，飞速发展的光电子领域对器件设计的基本原理提出了新的挑战。纳米尺度下的光电器件的研制与米，毫米，微米尺度下电子器件或光学器件的研制在基本原理与制造技术上有本质的不同。我们必须采用量子电动力学和界观物理作为我们的基本原理。

　　光子与电子是两种不同的基本粒子，电子具有静止质量，有电荷和自旋两个自由度。光子有能量无静止质量，单个光子没有确定的动量或偏振态。在量子电动力学中，光子与电子可以相互转化，光子也可以储存在“空腔” 中。但是, 过去很长一段时间, 应用科学家和工程师们总是习惯于把电子与光子分割开来，孤立地加以考虑。传统的电子学仅仅只考虑在电场作用下电子电荷的运动，基本不涉及电子空穴对的产生和衍灭。而传统光学习惯于把光子视为一种始终在高速传播的粒子或波包。只是到了二十世纪六十年代后，在研发激光器件和光伏器件时，人们才把能级跃迁，光电转化的原理大规模的应用到研究，开发和生产中。但仅限与研制激光器和低效率的太阳能转化器。二十世纪九十年代以来，国外研究实验室中已能小批量制作精度为30-100 纳米的纳米器件。这为各国科学家们在这种器件中大规模深入开展光，电，磁，热等的输运研究创造了有利条件。由于这类用于研究的纳米器件的尺度已小于光波长度和电子的平均自由程，因而在探索光子，电子的输运和转化的研究中，科学家们获得了一系列的意想不到的研究成果。光-电转化或-光-电-光的转化甚至可以在远小於一个光波的尺度内实现(如一百纳米以下)。基於大量最新现象发现的启示与推动，一种全新的光子技术：纳米光子技术产生了。在这种全新的纳光子技术中，人们将光子电子的输运与转化联合起来进行考虑，非线性光学获得了长足的发展。微电子技术和概念被大量的推广应用于纳光子技术开发。创新型元件如集成激光器，30分贝光放大器，效率为30%的1。55微米滤波器等层出不穷地涌现。纳米技术的研发给人们开辟了一种全新的信息储存，输运和处理的王国。

　　进入二十一世纪后，纳光子技术研究日新月异。在摩尔经验规律的指导下，不断发展的微电子工业的制造精度已进入100纳米领域。大规模应用纳米电子，纳米光子技术的时代已经来临。一些新型的光通讯线路已开始应用纳光子器件。对公众而言，用于照明的LED只是一个应用实例。

　　LPN是法国国家纳米研究平台。在这个报告中我将结合我们平台的研发成果来阐述纳光子学的原理和纳光子器件发展的趋势。