《晶体生长微观机理及晶体生长边界层模型》书评

王继扬

殷绍唐先生所著《晶体生长微观机理和晶体生长边界层理论模型》一书由科学出版社在年前出版了，尽管早已读过这本书的初稿，出版后重学此书，还是收获和感慨良多。

功能晶体是现代高技术发展和许多重大工程所不可或缺的重要基础材料。我国的光电功能晶体研究和发展自20世纪50年代中期起步，20世纪70年代后走上独立自主发展的道路，阴离子基团理论的提出，偏硼酸钡(BBO)、三硼酸锂(LBO)和氟硼铍酸钾(KBBF)等“中国牌”晶体被发明，在国际首创的“介电体超晶格”理论和实际成果称誉天下。此外，还发展了“双元基团理论”和“负离子配位多面体”模型等晶体设计方法，特别是称为“闵氏亚台阶理论”的晶体生长缺陷机制理论在国际上具有重要地位。几十年来，我国的半导体、激光、非线性光学、闪烁和压电铁电等晶体材料的发展，为国家科技进步和人民生活水平的提高做出了巨大贡献。随着国民经济和科学技术的发展，对功能晶体的要求越来越高，加之各种类型的新概念晶体层出不穷，相应的晶体生长体系也越来越复杂。对于复杂成分晶体生长体系而言，原有生长理论模型往往缺乏晶体生长实际过程中微观结构演化的实验支撑，因此难以应用于晶体生长实践，这在很大程度上与研究工作者受到自身条件和仪器限制有关。当今时代，精密机械和计算机技术已经可以为晶体生长提供优良装备和精确温度控制，也发展了微观结构观测新技术，为研究晶体生长微观机理和完善晶体生长工艺创造了条件。从基础研究着手，阐明晶体生长机理和突破晶体生长关键技术是功能晶体发展的重要趋势。研究并揭示晶体生长微观机理，有利于发展与晶体实际生长过程相符的机理，有利于发展科学的晶体生长工艺，以满足国家对功能晶体的需求。

殷绍唐先生是中国科学院合肥物质科学院研究员，国际知名的晶体生长专家，多年从事激光晶体的生长和应用研究，成绩斐然，曾获得中国科学院科技进步奖一、二等奖和国家科技进步奖二等奖，是全国“五一”劳动奖章获得者和安徽省劳动模范，他研制的掺钛宝石和红宝石等激光晶体都已实际应用。近年来，殷绍唐先生甘坐冷板凳，潜心晶体生长微观机理和生长边界层的实验和理论研究，终于总结出版此书。该书从回顾各种已有的晶体生长界面理论模型开始，再介绍实验所涉及的拉曼光谱及同步辐射技术，从而引出相关实验及在实验基础上发展的晶体生长边界层模型和相关机制，展望了该模型的应用。

在国家自然科学基金的持续支持下，殷绍唐团队及其合作者采用高温激光显微拉曼光谱和同步辐射X射线衍射等现代技术，在原子分子尺度上原位实时观测了晶体生长过程中微观结构的演化。与过去观察水溶液晶体生长过程作为实验依据不同，他们根据我国常用晶体高温提拉法和熔盐法的需求，对采用熔融法制备的数十种不同类型晶体的生长过程进行了原位实时观测。在此基础上，作者建立了有原创性的“晶体生长边界层理论模型”。其主要内容为：熔融晶体生长时，都存在熔体(或高温溶液)结构向晶体结构转化的晶体生长边界层，边界层内的生长基元已具有单胞结构；在边界层的晶体生长方向上，存在晶面网格格点等效电荷形成的周期性重复的丘状网格静电场，相邻网格的静电场方向相反，该电场延伸到边界层的边缘；具有单胞结构的生长基元，随机取向的生长基元单胞在界面晶面周期性丘状网格静电场作用下，取向调整到与生长界面一致，在周期性丘状网格静电场力的作用下，精确有序地叠合到生长界面上，完成晶体生长全过程。这一理论模型特别注重晶体生长过程中的结构演化，并以实验结果给出了可靠的支撑，所提出的模型与实际晶体生长过程贴近。因此，可以运用这一理论模型来探索晶体生长的一些宏观和经验规律，解释生长现象及其形成的微观机制，揭示与晶体生长工艺密切相关的微观过程。可以进一步应用晶体生长边界层理论为晶体生长工艺的科学设计奠定基础，提供优质晶体，更好更快地满足国家重大需求。在生长大尺寸优质激光晶体过程中，殷绍唐研究团队运用这一理论模型，分析了大晶体容易开裂以及激活离子掺杂晶体位错多、易产生组分过冷等晶体生长常见难题与微观机制相关的具体原因，依此提出解决这些难题的办法，改善相关的工艺技术。实践的成效证明了这一理论模型确实为晶体生长实践由“技艺”走向科学奠定了基础。

除此以外，我们还可以从书中体会作者从事晶体生长基础研究的逻辑思维和方法，包括如何设计实验以获得预期结果的技术路线，如何利用所提出的理论模型认识晶体生长规律来指导生长实践，如何进一步验证和完善理论模型等。本书是晶体生长理论和实践结合的一个范例，也是晶体生长理论指导实际生长过程的成功实践，有很好的借鉴作用。

该书深入浅出、思路清晰、内容丰富、描述细致、文字流畅、可读性强，是殷绍唐先生多年基础研究工作的心血结晶，也是我国晶体生长工作者对晶体生长理论的发展。这本书的出版为从事功能晶体生长和研究的科技工作者提供了一本有重大参考价值的新书。我们衷心希望有更多这样的理论出现，有更多这样优秀的学术著作出版。