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科學研究：

研究方向：

研究領域是自旋電子學，主要研究方向是磁性金屬多層膜和磁性半導體，從事應用基礎研究。研究目標是研制具有獨立自主知識產權的新型自旋電子材料，解決自旋電子材料中的關鍵物理問題，獲得自旋電子材料和器件設計的新實驗技術和方法。

承擔的項目：

近年來，顏世申獲得了國家973 課題（2002-2006年）、國家重點基礎研究發展計劃課題（2007-2011年）、基金委面上基金項目、以及教育部新世紀優秀人才支持計劃等6個項目的資助。

1、 國家重點基礎研究發展計劃項目，2007CB924903，高品質半導體磁性異質結構分子束外延生長和磁性研究，2007.1 – 2011.12，課題第二負責人（山東大學的課題負責人），正在進行。

2、 國家973項目，2002CB610603，自旋電子注入的材料結構、過程和控制, 2002.4-2006.10，課題負責人，已完成。

3 、國家自然科學面上基金項目，50572053，非勻質化合物磁性半導體的自旋極化和電子輸運，2006.1-2008.12，項目負責人，已完成。

4 、教育部新世紀優秀人才支持計劃，NCET040634，亞納米尺寸復合磁性半導體材料的制備、結構和性能；2005.1-2007.12，項目負責人，已完成。

5、 山東大學人才基金項目， 新型過渡金屬氧化物磁性半導體研究， 2003.1-2005.12， 項目負責人，已完成。

主要研究成果如下：

1、 發現在金屬Fe/Mn/Fe 單晶外延三層膜中，隨著楔形中介層Mn層厚度的增加，層間耦合表現出從鐵磁耦合逐漸過渡到反鐵磁耦合的現象，即任意角度的層間耦合。 2007 年諾貝爾物理學獎獲得者P. Grünberg 教授曾多次在大會特邀報告中詳細介紹了這一新發現，被國際同行認為是近年來在層間耦合研究中的最重要進展之一。

2、 提出了外邊界磁化自由轉動的磁疇壁位移模型，特別是給出了存在高階磁光效應時描述磁化反轉的理論公式和實驗測量方法。該磁化反轉模型不僅定量解決了金屬Fe 單晶膜、 Fe/Mn/Fe 單晶三層膜、具有單軸磁各向異性軟磁/硬磁復合膜的磁化反轉機理，還為自旋電子器件中調控磁化反轉提供了理論依據和新的實驗方法。

3、研發出了一種具有獨立自主知識產權的制備高含量過渡金屬元素的氧化物磁性半導體的新方法，成功制備出具有高含量過渡金屬元素的Zn1-xCoxO、Ti1-xCoxO2、(In1-xFex)2O3等6種氧化物磁性半導體，發現這類材料具有高居里溫度、高自旋極化率、巨磁光克爾效應等優良物理特性，并證實Zn1-xCoxO、(In1-xFex)2O3等氧化物磁性半導體的鐵磁性起源于氧空位傳遞的鐵磁交換耦合。這些用新方法制備的金屬氧化物磁性半導體，不同于常規的稀磁半導體，有望成為高效的自旋注入源或半透明的磁光材料。

4、通過對鐵磁半導體的輸運性質進行了大量實驗和理論研究，提出了自旋依賴的電子變程躍遷理論模型。該模型不僅定量解釋了磁性半導體的磁電阻起源，還提供了一個測量磁性半導體自旋極化率的新方法，這是我們在自旋極化電子的輸運理論和實驗方法方面的創新。

授權專利：

1、非晶態高摻雜CoxTi1-xO2鐵磁性半導體薄膜的制備方法，專利號 ZL200510043640.1，授權日 2007年11 月21日，發明人 顏世申、陳延學、宋紅強、劉國磊、梅良模。

2、 亞納米復合制備氧化鋅基磁性半導體材料的方法，專利號 ZL 03139039.0, 授權日 2006年4 月26日，發明人 梅良模、顏世申、陳延學、任妙娟、季剛。

申請專利:

1、 磁性增強的H摻雜MnGe磁性半導體薄膜，申請日 2008年3 月7日，申請號200810014729.9, 申請人 山東大學，發明人 顏世申、姚新欣、喬瑞敏、秦羽豐、孫毅彥、陳延學、劉國磊、梅良模。

2、 電輸運性質可調控的氧化物磁性半導體薄膜及其制備方法，申請日 2007年12 月20日，申請號200710115811.6, 申請人 山東大學，發明人 顏世申、、陳延學、劉國磊、梅良模、田玉峰。

3、 非晶態Zn-Fe-O鐵磁性半導體材料及其制備方法，申請日2006年4月25日，申請號 200610043855.8，發明人 梅良模、顏世申、陳延學、劉國磊。

4、 非勻質Zn-Co-O磁光薄膜及其制備方法，申請日2006年4月25日，申請號 200610043854.3，發明人 陳延學、顏世申、張云鵬、劉國磊、梅良模。

5、 亞納米CoZnO紫外發光薄膜及其制備方法，申請日 2005年1 月20日，申請號200510042037.1, 申請人 山東大學，發明人 顏世申、陳延學、季剛、梅良模。

論文專著：

發表SCI論文60余篇，其中11篇發表在 Physical Review B 上， 9篇發表在Applied Physics Letters上；有45篇論文被SCI總引用318次，它引245次。

近5年內發表的主要論著（36篇）：

1、 Origin of large positive magnetoresistance in the “hard gap” regime of epitaxial Co-doped ZnO ferromagnetic semiconductors, Y. F. Tian, Shi-shen Yan, Q. Cao, J. X. Deng, Y. X. Chen, G. L. Liu, L. M. Mei and Y. Qiang, Phys. Rev. B 79 (2009) 115209.

2、 First-Principles Study of Faceted Single-Crystalline Silicon Carbide Nanowires and Nanotubes, Z. H. Wang, M. W. Zhao, T. He, X. J. Zhang, Z. Xi, Yan S S, X.D. Liu and Y. Y. Xia, J. Phys. Chem. 113 (2009）856-861.

3、 High temperature ferromagnetism and perpendicular magnetic anisotropy in Fe-doped In2O3 films, P. F. Xing, Y. X. Chen, Shi-shen Yan, G. L. Liu, L. M. Mei，K. Wang, X. D. Han and Z. Zhang, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 022513-1-3.

4、 Giant positive magnetoresistance in Co-doped ZnO nanocluster films, Y. F. Tian, J. Antony, R. Souza, S. S. Yan, L.M. Mei and Y. Qiang, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 192109-1-3.

5、 Structures and magnetic properties of (Fe, Li)-codoped NiO thin films，W. S. Yan, W. X. Weng, G. B. Zhang, Z. H. Sun, Q. H. Liu, Z. Y. Pan, Y. X. Guo, P. S. Xu, S. Q. Wei, Y. P. Zhang and Shi-shen Yan, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 0525081-3.

6、 Hydrogen interstitials-mediated ferromagnetism in MnxGe1-x magnetic semiconductors, X. X. Yao, S. S. Yan, S. J. Hu, et al., New Journal of Physics 10 (2008) 055015.

7、 First-principles study of ZnS nanostructures: nanotubes, nanowires and nanosheets, X. J. Zhang , M. W. Zhao, S. S. Yan, et al., Nanotechnology 19 (2008) 305708.

8、 Magnetism of amorphous Ge1-xMnx magnetic semiconductor films, J. X. Deng, Y. F. Tian, S. S. Yan, et al., J. Appl. Phys. 104 (2008) 013905.

9、 Theoretical Models of Silica Nanorings: First-Principles Calculations, Z. X. Xi, M. W. Zhao, R. Q. Zhang, Yan S S, T. He, W. F. Li, X. J. Zhang, X. H. Lin, Z. H. Wang, X. D. Liu, and Y. Y. Ma, J. Phys. Chem. 112 (2008) 17071-17075.

10、 Zeeman Splitting-Induced Positive Magnetoresistance in Co-Doped ZnO and Co-Doped Cu2O Ferromagnetic Nanoparticles, Y. F.Tian, J. J. Antony, R. Souza, Yan S S and Y. Qiang, IEEE Trans. Magn. 44 Part 1 (2008 ) 2712-2714.

11、 Electronic structure of Fe-doped In2O3 magnetic semiconductor with O vacancies ---evidence for F-center mediated exchange interaction, S. J. Hu, Shi-shen Yan, X. L. Lin, X. X. Yao, Y. X. Chen, G. L. Liu and L. M. Mei, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 262514-1-3.

12、 High TC ferromagnetism of Zn1-xCoxO diluted magnetic semiconductors grown by oxygen plasma-assisted molecular beam epitaxy, G. L. Liu, Q. Cao, J. X. Deng, Y. F. Tian, Y. X. Chen, S. S. Yan and L. M. Mei, Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 052504-1-3.

13、 Electrical transport properties of (CoxAl1-x)2O3-v oxide magnetic semiconductor and corresponding Co-Al2O3 granular films, Y. F. Tian, Y. P. Zhang, Shi-shen Yan, G. L. Liu, Y. X. Chen and L. M. Mei, Appl. Phys. Lett. 91 (2007）013509-1-3.

14、 Magnetic and transport properties of homogeneous MnxGe1-x ferromagnetic semiconductor with high Mn concentration, Y. X. Chen, Shi-shen Yan, Y. Fang, Y. F. Tian, S. Q. Xiao, G. L. Liu, Y. H. Liu and L. M. Mei, Appl. Phys. Lett. 90 (2007) 052508-1-3.

15、 Electronic structure and magnetic properties of Fe0.125Sn0.875O2, S. J. Hu, Shi-shen Yan, X. X. Yao, Y. X. Chen, G. L. Liu and, L. M. Mei, Phys. Rev. B 75 (2007) 094412-1-7.

16、 Electronic transport of (In1-xFex)2O3-v magnetic semiconductor and Fe-In2O3 granular films in the presence of electronic screening, Y. F. Tian, Shi-shen Yan, Y. P. Zhang, P. F. Xing, G. L. Liu, Y. X. Chen and L. M. Mei, J. Phys.: Condens. Matter. 19 (2007) 326206.

17、 Electronic transport properties and microstructures of TiO2:Co magnetic semiconductors, H. Q. Song, Y. Wang, S. S. Yan, L. M. Mei, and Z. Zhang, J. Magn. Magn. Matter. 312 (2007) 53.

18、 Epitaxial properties of Co-doped ZnO thin films grown by plasma assisted molecular beam epitaxy, Q. Cao, J. X. Deng, G. L. Liu, Y. X. Chen, Shi-shen Yan and L. M. Mei, Chin. Phys. Lett. 24 (2007) 2951.

19、 Variations from Zn1-xCoxO magnetic semiconductor to Co-ZnCoO granular composite, Y. X. Chen, Shi-shen Yan, G. L. Liu, L. M. Mei and M. J. Ren, Chin. Phys. Lett. 24 (2007) 214-217.

20、 Magneto-optical Kerr rotation enhancement in CoZnO inhomogeneous magnetic semiconductor, Y. P. Zhang, Shi-Shen Yan, Y. H. Liu, M. J. Ren, Y. Fang, Y. X. Chen, G. L. Liu, L. M. Mei, J. P. Liu, J. H. Qiu, S. Y. Wang and L. Y. Chen, Appl. Phys. Lett. 89 (2006) 042501-1-3.

21、 First-principles LDA+U calculations of the Co-doped ZnO magnetic semiconductor, S. J. Hu, Shi-shen Yan, M. W. Zhao and L. M. Mei, Phys. Rev. B 73 (2006) 245205-1-7.

22、 Spin-dependent variable range hopping and magnetoresistance in Ti1-xCoxO2 and Zn1-xCoxO magnetic semiconductor films, Shi-shen Yan, J. P. Liu, L. M. Mei, Y. F. Tian, H. Q. Song, Y. X. Chen and G. L. Liu, J. Phys.: Condens. Matter 18 (2006) 10469-10480.

23、 Free boundary domain wall pinning model for the magnetization reversal in magnetic thin films, Shi-shen Yan, H. Garmestani, Y. F. Tian, S. J. Hu, R. W. Gao, Y. X. Chen, G. L. Liu and L. M. Mei, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1, 45 (2006) 93-98.

24、 Microstructure, ferromagnetism, and magnetic transport of Ti1-xCoxO2 amorphous magnetic semiconductor, H. Q. Song, L. M. Mei, Shi-Shen Yan, Xi. L. Ma, J. P. Liu, Y. Wang and Z. Zhang, J. Appl. Phys. 99 (2006) 123903-1-5．

25、 Transformation of electrical transport from variable range hopping to hard gap resistance in Zn1-xFexO1-v magnetic semiconductor films, Y. F. Tian, Shi-shen Yan, Y. P. Zhang, H. Q. Song, G. Ji, G. L. Liu, Y. X. Chen and L. M. Mei, J. Appl. Phys. 100 (2006) 103901-1-6.

26、 Ferromagnetic resonance study on Fe-ZnO inhomogeneous magnetic semiconductors, Y. P. Zhang, S. S. Yan, Y. H. Liu, Y. F. Tian, G. L. Liu, Y. X. Chen, L. M. Mei and J. P. Liu, Solid State Communications 140 (2006) 405-409.

27、 Enhanced Spin Injection into ZnO Semiconductor Measured by Magnetoresistance, G. Ji, Shi-Shen Yan, Y. X. Chen, G. L. Liu, Q. Cao and L. M. Mei, Chin. Phys. Lett. 23 (2006) 446-449.

28、 Synthesis and optical properties of Co-doped ZnGa2O4 nanocrystals, X. L. Duan, D. R. Yuan, L. H. Wang, F. P. Yu, X. F. Cheng, Z. Q. Liu and S. S. Yan, Journal of Crystal Growth 296 (2006) 234-238.

29、 Giant magnetoresistance in La0.67Ca0.33MnO3/Alq3/Co sandwiched-structure organic spin valves, Z. Y. Pang, Y. X. Chen, T. T. Liu, Y. P. Zhang, S. J. Xie, S. S. Yan and S. H. Han, Chin. Phys. Lett. 23 (2006) 1566-1569.

30、 Effects of phase distribution and grain size on the effective anisotropy and coercivity of nanocomposite Nd2Fe14B/α-Fe magnets, W. C. Feng, R. W. Gao, S. S. Yan, W. Li and M. G. Zhu, J. Appl. Phys. 98 (2005) 044305-1-5.

31、 Influence of magnetic induced anisotropy on giant magnetoimpedance effects in FeCuNbSiB films, W. J. Wang, S. Q. Xiao, S. Jiang, H. M. Yuan, Z. Y. Wu, G. Ji, Yan S S, Y. H. Liu, and L. M .Mei, Thin Solid Films (2005) 299-302.

32、 The influence of sputtering power on the giant magneto-impedance of FeZrBCu films, W. J. Wang, S. Q. Xiao, Y. H. Liu, W. P. Chen, Y. Y. Dai, S. Jiang, H. M. Yuan and S. S. Yan, Acta Physica Sinica 54 (2005) 1821-1825.

33、 Ferromagnetism and magnetoresistance of Co-ZnO inhomogeneous magnetic semiconductor, Shi-Shen Yan, C. Ren, X. Wang, Y. Xin, Z. X. Zhou, L. M. Mei, M. J. Ren, Y. X. Chen, Y. H. Liu, and, H. Garmestani, Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 2376-2378.

34、 Effects of high magnetic field annealing on texture and magnetic properties of FePd, D. S. Li, H.Garmestani, Shi-shen Yan, M. Elkawni, M. B. Bacaltchuk, H. J. Schneider-Muntau, J. P. Liu, S. Saha and J. A. Barnard, J. Magn. Magn. Mater. 281 (2004) 272-275.

35、 Effect of exchange–coupling interaction on the effective anisotropy in nanocrystalline Nd2Fe14B material，G. B. Han, R. W. Gao, S. S. Yan, H. Q. Liu, S. Fu, W. C. Feng, W. Li and X. M. Li, J. Magn. Magn. Mater. 281 (2004) 6-10.

36、 The antiferromagnetic coupling and interface diffusion in Fe/Si multilayers, N. Jing, J. W. Cai, J. G. Zhao, S. S. Yan, L. M. Mei and S. F. Zhu, Acta Physica Sinica 53 (2004) 3920.

其余論著（25篇）:

37、 Soft/hard exchange-coupled layered structures with modulated exchange coupling, Shi-Shen Yan, M. Elkawni, D. S. Li, H. Garmestani, J. P. Liu, J. L. Weston and G. Zangari, J. Appl. Phys. 94 (2003) 4535.

38、 Magnetization process in SmFe/NiFe/SmFe exchange spring films, D. Chumakov, R. Schäfer, D. Elefant, D. Eckert, L. Schultz, S. S. Yan and J. A. Barnard, Phys. Rev. B 66 (2002) 134409.

39、 Critical dimension of the transition from single switching to an exchange spring process in hard/soft exchange-coupled bilayers, Shi-shen Yan, J. A. Barnard, et al, Phys. Rev. B 64 (2001) 184403.

40、 Magnetization-reversal mechanism of hard/soft exchange-coupled trilayers, Shi-shen Yan, G. Zangari, J. A. Barnard et al, Phys. Rev. B. 63 (2001) 174415.

41、 Modulated magnetic properties of hard/soft exchanged-coupled SmFe/NiFe multilayers, Shi-shen Yan, G. Zangari and J. A. Barnard, et et al., J. Magn. Magn. Mater. 231 (2001) 241.

42、 Magnetic characterization of FeSm/FeTaN multilayer films, J. L. Weston, S. S. Yan, G. Zangari and J. A. Barnard, J. Appl. Phys. 89 (2001) 6831.

43、 Domain evidence for canted noncollinear interlayer coupling, Shi-shen Yan, R. Schäfer and P. Grünburg, Phys. Rev. B. 62 (2000) 5765.

44、 Giant magnetoimpedance and domain structure in FeCuNbSiB films and sandwiched films, S. Q. Xiao, Y. H. Liu, Shi-shen Yan, Y. Y. Dai, L. Zhang and L. M. Mei, Phys. Rev. B 61 (2000) 5734.

45、 Magnetic phase diagrams of the trilayers with the noncollinear coupling in the form of the proximity magnetism model, Shi-shen Yan, P. Grünberg and L. M. Mei, J. Appl. Phys. 88 (2000) 983.

46、 Magnetization reversal in (001) Fe thin films studied by combining domain images and MOKE hysteresis loops, Shi-shen Yan, R. Schreiber, R. Schäfer and P.Grünburg, J. Magn. Magn. Mater. 210 (2000) 309.

47、 Oscillatory interlayer coupling in Fe/Mn/Fe trilayers, Shi-shen Yan, R. Schreiber, F. Voges, C. Osthöver and P. Grünberg, Phys. Rev. B 59 (1999) R11641.

48、 Magnetism and its dependence on annealing temperature of sputtered Co/Cu multilayers, R. W. Gao, Y. H. Liu, Shi-shen Yan, et al., Journal of Materials Science & Technology, 14 (1998) 139.

49、 Ferromagnetic resonance in CoNb/Pd multilayers, S. S. Yan, Y. H. Liu, L. M. Mei, et al., J. Phys. : Cond. Mater 9 (1997) 3723.

50、 Magnetoresistance of annealed CoNb/Cu multilayers with amorphous CoNb magnetic layers, Shi-shen Yan, Y. H. Liu, L. M. Mei, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 36 (1997) 2652.

51、 Magnetism and spin polarization of CoNb/Pd multilayers, Shi-shen Yan, Y. H. Liu, L. M. Mei, et al., J. Magn. Magn. Mater. 168 (1997) 55.

52、 Ferromagnetic resonance in Co-Zr/Pd multilayers, Y. H. Liu, M. C. Xu, Shi-shen Yan and J. Huang, Phys. Stat. Sol. (a) 161 (1997) 507.

53、 Giant impedance of nanometer crystalline FeCrSiB alloy thin films, Y. H. Liu, C. Chen, L. Zhang, S.S.Yan and L. M. Mei, J. Phys. D: Appl.Phys. 29 (1996) 2943.

54、 Structural and magnetic properties of Pd/Co-Nb/Pd/Si、n multilayers, Shi-shen Yan, Y. H. Liu, L. M. Mei ,et al., Acta Physica Sinica, 45 (1996) 533.

55、 Polarization and interlayer coupling in Co-Nb/Pd multilayers, Shi-shen Yan, Y. H. Liu and L. M. M, Phys. Rev. B 52 (1995) 1107.

56、 Structure and Magnetic properties of Co-Nb/Pd multilayers, Shi-shen Yan, Y. H. Liu, M. Zheng, L. M. Mei, et al., J. Appl. Phys. 78 (1995) 5563.

57、 Magnetic and magneto-optic properties in Co-Nb/Pd and Fe-Si/Cr multilayers, S. M. Zhou, Y. H. Liu, L. Y. Chen, S.S.Yan, X. D. Ma, L. M. Mei, et al., J. Magn. Magn. Mater. 140-144 (1995) 571.

58、 CEMS study of Fe-Si/Cr multilayered films, Y. M. Zhang, Shi-shen Yan, Y. H. Liu, and X. D. Ma, J. Magn. Magn. Mater. 139 (1995) 139.

59、 Magnetic properties of amorphous Fe-Si/X (Si,Cu,Pd,Cr) multilayers, Y. H. Liu, X. D. Ma and Shi-shen Yan, Physics, 24 (1995) 371.

60、 Unusual interlayer coupling effect in Fe-Si/Cr multilayers, Y. H. Liu, Y. M. Zhang, Shi-shen Yan and X. D. Ma, Phys. Rev. B 48 (1993) 10266.

61、 Oscillatory variation of magnetization in Fe-Si/Cr multilayers, Y. H. Liu, Shi-shen Yan, X. D. Ma and Y. M. Zhang, J. Magn. Magn. Mater. 126 (1993) 288.

學術交流：

1、中英納米自旋電子學專題研討會，英國倫敦，2008年9月8日-12日，Study of diluted and concentrated oxide magnetic semiconductors，Shi-shen Yan，特邀報告。

2、The 2nd WUN International Conference on Spintronic Materials and Technology, 南京，2008 年7月13-16， Controllable magnetic and transport properties of oxide ferromagnetic semiconductors, Shi-shen Yan，特邀報告。

3、 第十六屆全國半導體物理學術會議與半導體自旋電子學特殊研討會，蘭州，2007 年，寬禁帶氧化物磁性半導體的制備、微結構、磁性和輸運研究，顏世申，特邀報告。

4、 The 1st Chinese-French Workshop on Quantum Manipulation of Spin in semiconductor, Beijing, 2007，Magnetic semiconductor: from dilute to high concentration of transitional magnetic elements, Shi-shen Yan, 特邀報告。

5、 中國物理學會2007年秋季會議，南京，2007年9月，磁性半導體中自旋相關的變程躍遷及其電的磁的相互作用，顏世申，磁學分會特邀報告。

6、2006年北京國際材料周（2006年中國材料研討會），北京，2006年6月27-30，高含量過渡金屬元素的氧化物磁性半導體研究，顏世申，磁性材料分會特邀報告。

7、 第四屆全國磁性薄膜與納米磁學會議，天津，2004 年5月27-31日， ZnCoO 磁性半導體研究，顏世申，大會特邀報告。

8、 Systematical study on an ideal model system of soft/hard exchange-coupled NiFe/SmFe bilayers，Shi-shen Yan，2003年海峽兩岸磁性物理、材料和應用研討會， 2003年2月21－25日，海南， 博鰲。（大會特邀報告）

榮譽獎勵：

1．2008年，山東省自然科學一等獎 （第一位），磁性金屬和磁性半導體薄膜的自旋和輸運調控。��

2．1997-2000年，洪堡學者，德國于利希研究中心。

3．2005-2007年，入選教育部新世紀優秀人才計劃。