完成单位：暨南大学理工学院；中山大学测试中心；中山大学物理学院；广州中源仪器技术有限公司

完成人：谢伟广，龚力，丁喜，周洋，时婷婷，黎晋良，陈科，罗永震，刘彭义，陈建

成果简介：阐明材料在力、热、光、电等物理场作用下，微纳尺度性质与宏观物理、化学特性及器件性能的关联是当前分析测试领域的一个关键科学问题。本成果以扫描探针显微技术为主体，基于多频率调制的原理，以静电和磁作用为例实现了大气环境下长程相互作用亚10 nm的空间分辨成像，并应用于材料和器件中多场相互作用的研究。本成果研究了低维氧化物半导体、钙钛矿材料和有机分子框架三种材料体系中力、热、电、光等物理场相互耦合行为，揭示了以极性氧化物天然低损耗双曲声子极化激元、低维稳定光电/铁电极化及分子力诱导构效关联行为为代表的一系列新现象。进一步我们将原子力显微技术与器件测试技术结合，在器件层面揭示了多物理场作用下缺陷诱导的结构失稳与钝化机制，界面的光电转换及电输运作用机制。研究成果推动了太阳能电池、场效应晶体管、光电探测及存储器件和电化学电池新工艺的开发和新结构的设计，给器件性能带来了大幅度的提升。

研究成果在Advance Materials，Nature Communications等高水平期刊发表SCI论文100篇，获授权专利15项，获授权软件著作权3项，多项研究成果被国内外权威研究人员在Nature、 Science等高水平期刊上多次正面评述，被认为推动了领域的实质性进展。

创新点及科学价值：

项目致力于提高大气环境下原子力显微镜（AFM）物性测量的空间分辨率；应用AFM技术揭示微纳尺度多物理场作用、耦合与材料物性的关联；进一步结合多种表征、测试技术实现跨尺度表征能力，揭示微观过程与宏观效应的关联；最后应用于新器件的研发及性能改善。具体创新点如下：

创新点1：提出并实现了大气环境电、磁力亚10纳米空间分辨的成像。

创新点2：揭示了半导体材料中微纳尺度的多物理场耦合行为新现象，代表性的，首次发现层状MoO₃极低损耗的双曲声子极化激元；示了钙钛矿中巨光致伸缩行为的机制以及低维体系中缺陷钉扎稳定铁电极化的机制。

创新点3：通过原位/准原位的表征揭示了PN结、FET中缺陷及界面对光电转化、载流子及离子输运的作用机制，籍此发展了有效的缺陷和界面处理工艺，实现了器件性能的提升。

该项目发展了现有的AFM技术，获得了具有自主知识产权的表面分析技术；应用相关技术在材料和器件研究中开展了深入的工作，揭示了新的科学现象，充分阐明了科学原理并应用于改善半导体及新能源器件性能，获得具有国际领先水平的研究成果。

社会经济效益：扫描探针显微镜是纳米科技的核心技术支撑，是一个国家和地区的纳米科技甚至整个高科技发展水平的重要标志之一。本项目突破了大气环境原子力显微镜高空间分辨率的物性测量技术瓶颈，相关技术已经在广州塞恩科学仪器有限公司、广州本原纳米仪器有限公司和广州中源仪器技术有限公司完成了初期的推广应用并实现了生产销售，产生经济效益。

应用前景：技术应用可打破国外厂商的垄断局面，进而参与国际竞争，将极大地提升国产扫描探针显微镜核心技术水平和国际竞争力。