中文摘要：

相变存储材料GeSbTe因其亚稳晶相与非晶相之间存在显著光/电特性差异，并且在外场（激光、电脉冲）激励下能实现高速可逆相变，所以在光存储和下一代非挥发电子存储中展现出广阔的应用前景。然而，目前人们对其相变机理的认识仍然存在诸多分歧，这大大制约了新材料的设计和相关存储技术的进一步发展。本项目在申请者前期良好的工作基础上,拟通过第一性原理分子动力学结合超快光谱研究GeSbTe相变动力学，尝试建立不同脉宽（纳秒、皮秒、飞秒）激光写入条件下的相变模型。具体研究内容包括GeSbTe各态结构、性能与其电子结构关系的第一性原理研究；纳秒激光（热效应）诱导相变和飞秒、皮秒激光（兼容电子激发效应）诱导相变的第一性原理分子动力学及超快光谱研究等。通过以上工作澄清GeSbTe等存储材料相变的细致物理过程和原子分子机制，为我国信息存储材料的自主创新做出贡献。

结论摘要：

本项目最终目标是通过探索以GeSbTe合金为代表的信息存储合金超快相变机制，为我国信息存储材料与信息存储技术的自主创新发展提供智力支持。在获得国家自然科学青年基金资助的三年期间，研究条件得到显著改善，与国内、国际学术交流合作频繁，总体达到既定目标，在四方面研究取得显著进展。(1) 相变存储机制探索与新型相变存储器件开发在该方向上首次提出相变存储合金GST在光激发条件下不经历传统融化过程而直接实现非晶化[Phys. Rev. Lett. 107, 015501, 2011; Phys. Status Solidi B 249, 1861, 2012]；开发新型TiSbTe存储材料，通过探索其微观物理性能，提出调控器件性能的思路，实现了比传统GST合金快一个数量级的写入速度及降低80%功耗的优异器件性能[Nature Communication, 5, 4086 (2014)]; 此外, 在Si-Sb-Te合金非晶界面保持数据稳定性的物理研究[Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 10810, 2014]和碳掺杂GST相变存储材料器件性能调控[ACS Appl. Mater. Interfaces, 6, 14209 14207, 2014]也取得了进展。(2)新型二维电子材料结构调控与物性设计作为扩展研究，我们首次在Ir衬底上制备出具有平面蜂窝结构的二维Hf晶体并详细探索了结构与性能关联的微观物理图像[Nano Letters 13, 4671, 2013]; 提出了利用碱土金属高效还原石墨烯氧化物制备石墨烯的理论方案[Carbon 52, 122, 2013; ChemPhysChem, 15, 2707, 2014]，随后该方案被国外研究组实验所证实；另外在新型二维电子材料设计也取得进展，如MoB4[Phys. Rev. B 90, 035447, 2014]和MgB6[Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 1093, 2014]。(3)纳米材料超快光谱物性探索在该方向上，我们利用超快光谱探索了硅量子点可见光发光的物理机制，探索发现表面基团是硅量子点发光的内在物理原因[Light Sci Appl Accepted]。(4)其他研究进展等方面: 在石墨烯基器件的物理问题、光电半导体的缺陷物理等也取得显著进展。