基本介紹
- 中文名：甘棕松
- 畢業院校：澳大利亞斯威本科技大學
- 學位/學歷：博士
- 職業：教師
- 專業方向：超衍射極限光學精密技術
- 職務：博士生導師、碩士生導師
- 職稱：教授
- 任職院校：華中科技大學
- 性別：男
個人經歷,研究方向,學術成果,主要學術成就,期刊論文,書籍章節列表,榮譽獎項,
個人經歷
2008年本科畢業於南開大學物理學院， 2013年博士畢業於澳大利亞斯威本科技大學微光子學中心。2017年回國。
研究方向
甘棕松教授致力研究超衍射極限光學精密技術，重點研究雷射微納製造新技術的開發和及其在新一代信息技術中的套用。涉及領域包括三維納米光刻技術的開發；三維半導體微納器件的雷射製造及其套用；光學大數據存儲技術；雷射3D微納列印；高密度微納電子器件的雷射致冷技術；大型科學與工程裝置中的大數據軟體技術等等。
學術成果
主要學術成就
一、實現遠場超衍射極限到納米尺度的雷射精密製造。早在140年前，德國科學家及企業家Ernst Abbe發現光學衍射極限，該極限限制依賴於遠場光學聚焦的成像和製造技術獲得大約為二分之一波長以下的解析度。長期以來，遠場突破光學衍射極限一直都是光學領域的重要課題。在雷射精密製造領域，無論是依賴於多光子效應的三維加工，還是傳統的半導體晶片光刻製造，其製造解析度都取決於所使用的光的波長。為了獲得更高的解析度，如今14 nm節點CPU所使用的深紫外光刻技術的光波長為193nm。然而深紫外光的使用不僅僅使得製造成本大幅飆升（ASML14 nm光刻機售價高達1億美元每台），更由於材料對紫外光的吸收使得利用光學聚焦到材料內部實現三維製造的優勢喪失。
1、 解決了雷射精密製造解析度和三維製造能力難以調和的重大問題，獲得低成本的三維雷射納米製造技術。甘棕松等提出了遠場突破光學衍射極限實現納米尺度精密製造的雙光束誘導-抑制方法。該方法中一束高斯光作用於材料，誘導材料發生物理化學性能變化；另一束特殊調製後的光具有空心光強分布特性，這束光和第一束光聚焦光斑中心在空間重合，並同時作用於材料，用以抑制材料發生第一束光誘導發生的物理化學性能變化。最終作用結果是僅該空心光斑中心部位地方的材料能夠被第一束光誘導出性能變化，因而被製造的區域尺寸更小，製造的解析度更高。建立了基於該方法的遠場超衍射極限雷射精密製造的動力學理論模型（Opt. Express 2012, 20, 16871-16879）；並將理論付諸實驗，將雙束可見光聚焦到材料內部，實現了創紀錄的單線9 nm 線寬，雙線52 nm中心間距的遠場雷射三維光刻技術（Nature Communications 2013,4, 2061，ESI高被引論文），從實驗上證實了雷射製造的解析度能夠遠場突破光學衍射極限，並具有理論上無限提高的可能。該成果被Nature Nanotechnology雜誌以題為“Nanoscale features in 3D”專稿評論：“該方法使得（雷射製造）的特徵尺寸和解析度突破了光的衍射極限（This approach allows feature sizes and resolutions to be achieved well below the diffraction limit）”。由於甘棕松所開發的該技術具備套用於半導體晶片製造的巨大前景，該技術得到了國內眾多媒體的報導，並認為該技術有望實現具有自主智慧財產權的國產光刻機的巨大突破。
2、 解決了雷射三維納米製造技術中存在的尺寸越小整體結構越難以自我支撐而導致坍塌的普遍問題。當尺寸變小時，材料的力學強度普遍變弱，以致於由該材料組成的三維器件不足以自我支撐。甘棕松研究了雙光束超衍射極限三維納米製造技術的特點，提出採用高製造光光強和高抑制光光強的方法提高所製造三維器件的力學強度，並從實驗上證實相比於傳統雷射製造技術力學強度標準量楊氏模量20%的提高。根據這一特點，甘棕松等將雙光束超衍射極限三維納米製造技術套用到仿生學研究中，按1：1比例成功完全模擬具有可見到近紫外波段光學功能活性的三維生物納米結構而不會坍塌，為仿生學研究提供了全新的工具（Science Advances 2016, 2, 1600084）。該成果受到學術界和產業界的關注, 被包括phys.org，nanowerk，physicsworld等在內的將近70家媒體報導或轉載（附屬檔案D101），在3D列印、3D納米製造領域引發熱議。該成果被Nature Materials雜誌News and Views欄目評論（附屬檔案D83）：“（他們）利用光學光刻在光刻膠中寫出了晶格周期小到300 nm的二十四面體網路結構，該結構晶格周期小於（自然界蝴蝶翅膀中結構）的350 nm，並能夠強烈地反射近紫外光。（…used optical lithography to write a gyroid network into a photo-resin with a lattice constant as small as 300 nm, less than the C. rubi lattice of 350 nm and which reflects strongly in the near ultraviolet）”。
3、 提出了實現遠場超衍射極限到納米尺度的雷射三維半導體器件製造的基本途徑。利用雷射製造三維半導體微納器件，特別是矽等窄帶隙三維半導體微納器件時，存在著材料吸收可見光而難以聚焦到材料內部和半導體材料折射率高而導致折射率失配等問題，這使得普通雷射製造技術和雙光束超衍射極限三維納米製造技術難以用來製造窄帶隙三維半導體微納器件。甘棕松提出雷射誘導窄帶隙半導體材料原位生成的方法，並在實驗上成功製造出帶隙僅有0.3ev的硒化鉛材料的三維納米器件 (Opt. Express 2013, 21, 11202-11208)，為雷射製造窄帶隙三維半導體微納器件提供可普遍可行的方案。
二、實現了單光碟1 PB（= 1000TB = 1,000,000GB）存儲能力的技術飛躍，為大數據提供了大容量、長壽命、低能耗、低成本的存儲技術方案。從CD到DVD再到藍光光碟，波長的縮短使得光學存儲的容量不斷提高。然而光碟存儲容量的大小由於光學衍射極限的限制一直難以獲得大幅度的提高，當前藍光光碟單面僅僅25GB，與硬碟相比相差太遠。甘棕松等將雙光束遠場超衍射極限三維納米製造技術套用於大數據存儲技術，實現了單盤1PB（= 1000 TB = 1,000,000 GB）存儲能力和單次記錄節能85%的技術飛躍（SPIE newsroom，DIO:10.1117/2.1201310.005183 (2014)），獲得全世界各主要語言的媒體報導和轉載超過1,000次，僅被澳大利亞媒體“The Conversation”發表的報導，就獲得超過330,000 次的閱讀。可統計的各類閱讀，評論和分享超過2,000,000次，引發全球廣泛關注。由於採用超光學衍射極限數據存儲技術，單光碟就可能替代當前一個PB數據中心，因而引發產業界的極大關注。2015年10月，武漢市萬勇市長率團親赴澳洲，甘棕松代表超分辨光存儲技術創新團隊簽署光谷超分辨光存儲項目合作協定。2016年上海市將超解析度光存儲關鍵技術及原型系統列入該年度“科技創新行動計畫”高新技術領域項目指南。2016年以甘棕松為總負責人申報的“超解析度光存儲原型樣機和關鍵技術”項目獲得上海市2280萬元的政府資助。
三、實現發光精確調控。利用光學精密製造的方法，製造人造光學納米器件，實現對納米發光材料的發光精確調控。利用光學精密製造，精確設計人造器件的局域幾何構型；在實驗上證實利用不同的局域幾何構型能夠對半導體量子點材料的發光壽命和發光閃爍實現精確調控，驗證了理論物理學家提出的光輻射光子局域態密度理論，為集成光學器件中的光輻射調控提供了可行的解決方案。
期刊論文
12. Zongsong Gan, Mark D. Turner, and Min Gu, “Biomimetic gyroid nano-structures exceeding their natural origins,” Science Advances, 2(5) 1600084, (2016)
11. Ehsan Eftekhari, Xiang Li, Tak H. Kim, Zongsong Gan, Ivan S. Cole, Dongyuan Zhao, Dave Kielpinski, Min Gu,Qin Li, “Anomalous Fluorescence Enhancement from Double Heterostructure 3D Colloidal Photonic Crystals - A Multifunctional Fluorescence-Based Sensor Platform”, Scientific Reports 5, 14439 (2015).
10. Min Gu, Zongsong Gan, Yaoyu Cao and Richard A. Evans, “Opitcal beam lithography beyond the diffraction limit,” SPIE Newsroom.
9. Zongsong Gan, Yao Cao, Richard A. Evans, and Min Gu, “Three-dimensional diffraction-unlimited optical beam lithography with 9 nm feature size and 52 nm resolution,” Nature Communications 4:2061, D
8. Zongsong Gan, Yao Cao, and Min Gu, “Direct laser writing of three-dimensional narrow bandgap and high refractive-index PbSe structures in a solution,” Opt. Express 21 (9), 11202-11208 (2013).
7. Zongsong Gan, Baohua Jia, Jing-Feng Liu, Xue-Hua Wang and Min Gu, “Enhancement of spontaneous emission in three-dimensional low refractive-index photonic crystals with designed defects,”Appl. Phys. Lett. 101, 071109 (2012).
6. Zongsong Gan, Yaoyu Cao, Baohua Jia and Min Gu, “Dynamic modeling of superresolution photoinduced-inhibition nanolithography,” Opt. Express 20 (15), 16871-16879 (2012).
5. Jing-Feng Liu, Hao-Xiang Jiang, Chong-Jun Jin, Xue-Hua Wang, Zongsong Gan, Bao-Hua Jia and Min Gu, “Orientation-dependent local density of states in three-dimensional photonic crystals,” Phys. Rev. A 85, 015802 (2012).
4. Yaoyu Cao, Zongsong Gan, Baohua Jia, Richard A. Evans, and Min Gu, “High-photosensitive resin for super-resolution direct-laser-writing based on photoinhibited polymerization,” Opt. Express 19 (20), 19486-19494 (2011).
3. Jing-Feng Liu, Hao-Xiang Jiang, Zongsong Gan, Bao-Hua Jia, Chong-Jun Jin, Xue-Hua Wang and Min Gu, “Lifetime distribution of spontaneous emission from emitter(s) in three-dimensional woodpile photonic crystals,” Opt. Express 19 (12), 11623-11630 (2011).
2. Hua Yu, Nan Hu, Yanan Wang, Zilan Wang, Zongsong Gan, Ljuan Zhao, “The Fabrication of Nano-Particles in Aqueous Solution From Oxyfluoride Glass Ceramics by Thermal Induction and Corrosion Treatment,” Nanoscale Research Letters 3, 516-520 (2008).
1. Zongsong Gan，Hua Yu，Yanming Li，Yanan Wang，Hui Chen，Lijuan Zhao, “Investigation on up-conversion luminescence of Tm3+ and Yb3+ codoped in oxy-fluorosilicate glass ceramics”, Acta Phys. Sin. 57(9), 5699-5704 (2008).
書籍章節列表
1. Min Gu, Yaoyu Cao, Xiangping Li, Zongsong Gan, Chapter: SPIN based optical data storage, Book: Data Storage at the Nanoscale: Advances and Applications, 2014, Edited by Gan Fuxi, Wang Yang, Taylor & Francis Group.
2. Min Gu, Zongsong Gan, Yaoyu Cao, Chapter: Fabricating nano- and microstructures made by narrow bandgap semiconductors and metals using multiphoton lithography, Book: Multiphoton lithography: Technique, Material and Applications, 2016，Edited by Jurgen Stampfl, Robert Liska, and Aleksandr Ovsianikov, Wiledy-VCH.
榮譽獎項
2013 Vice-Chancellor's Research Excellence Awards (Early Career) by Swinburne University of Technology. （斯威本科技大學副校長優秀研究獎，每年1項）
2013 Science and Industry Endowment Fund John Stocker Postdoctoral Fellowship（全澳大利亞每年僅6人獲得此項榮譽）
2014 Victoria Fellowship（澳大利亞維多利亞州政府授予，每年總共12人獲得此項榮譽）
2017 湖北省楚天學者計畫“楚天學子”稱號
