会员登录
  • 没有账号? 去注册
会员注册
  • 已有账号? 去登录

新闻动态

【活动新闻】杨学明院士:卓越的实验科学研究是重要科学问题与新仪器创制的结合
发布时间:2023-11-12    802   墨子沙龙

11月11日,上海市浦东新区南七量子科技交流中心举办了以“我的追求科学之路”为主题的线下活动,邀请了中国科学院院士杨学明,分享他科学人生中曾经的困惑和美好的瞬间。中国科学技术大学张强教授主持此次活动。


对于著名的化学家杨学明院士来说,寻找有挑战性的重要的科学问题与做世界上最先进的科学仪器、发展最好的实验方法是相辅相成的,对于促进本领域的发展都具有重要意义。


image.png


“工欲善其事,必先利其器”。《论语》中的这句话,在杨学明院士看来,是对他科学研究的极佳阐述。


远古时期的人类,观测世界的唯一工具就是眼睛。随着人类发明望远镜、显微镜,人类对宏观世界和微观世界的理解才达到了一个更高的水平。今天,科学仪器好比科学家的“眼睛”,科学仪器和实验技术的进步,推进了我们对整个世界的理解,也推进了整个科学革命。“事实上,科学仪器的研究已经成为各国必争之地,但我们对它的重视还远远不够。” 这是杨学明院士在昨日的墨子沙龙活动中提到的观点,也是他多次在公开场合表达过的隐忧。


 image.png


在活动现场,杨学明院士带来了自己求学和科研的探索的故事。


很多人不了解的是,身为中国科学院院士的杨学明,年轻时候在学习和科研的道路上也遇到很多困惑。“人的一生不可能一帆风顺,虽然我高中时候就喜欢化学,可是由于高考化学成绩不理想,未能进入化学系”。可是,对化学兴趣和执着,还是引领他又走上了化学的道路。本科学习的是物理专业知识,加上硕士期间跟随朱清时和张存浩两位科学大家的学习,反而让杨学明对化学多了一些不同角度的理解。后来的博士研究虽然顺利,博士后期间又在团簇分子的高分辨红外光谱研究方面取得了一定成果,但是直到博士后期间,杨学明依然迷茫—— “光谱里面好像没有我特别感兴趣的东西”。杨学明回忆道。当时,他想要找到机会,换一个赛道。


同步辐射,就是这样的机会。


杨学明来到美国劳伦斯伯克利国家实验室,师从诺贝尔化学奖得主李远哲教授,利用整整一年,造出了世界上首套利用同步辐射的交叉分子束科学仪器。这个过程给了他极大的成就感,他开始真正喜欢上了对科学仪器的研发和挑战。


随着化学反应动力学研究从宏观到微观,走向量子水平 ,量子共振现象吸引了杨学明的兴趣,他认为“这是一个重要的科学问题。”研究化学反应中的量子效应,最根本、最难的是在量子水平上观测到化学反应中最详细的信息,以及在实验上实现高灵敏度和高分辨的探测。“当时,很少有人能对共振态的概念和功能给出准确的描述,反对之声不小”,但是杨学明对此非常坚定,他认为,做科研就是在领域里做一些有特色东西,要在重要的科学问题上做出独到的贡献。


image.png


如今,作为著名的化学家,杨学明院士在揭示化学反应中的量子共振现象和几何相位效应的方面取得了一系列令人瞩目的成就,这样极具难点和挑战的研究方向,离不开杨学明研发的新一代高分辨率和高灵敏度量子态分辨的交叉分子束科学仪器。在基础科学领域取得的一批重要科学突破,让他获得了包括“中国十大科技进展”、“中国十大科学进展”、2022年的未来科学大奖物质科学奖在内的诸多荣誉。


但是,已经爱上挑战的杨学明仍未停下。他将努力的方向聚焦在了极紫外波段的自由电子激光装置。对于杨学明院士来说,这是一个持续“二十多年的梦想”。


image.png


众所周知,激光技术的发展推动了现代科学和工业革命,但早在美国从事博士后研究的时候,杨学明就意识到,当时的同步辐射光源并未完全满足化学动力学研究的需求,“我们需要高亮度的极紫外自由电子激光光源”。


过去的二十多年,自由电子激光的发展为极紫外波段光源带来了希望,而杨学明自从2001年回国之后,一直致力于该方向装置的推进和建设。在距离大连市中兴100公里的“长兴岛”上,世界上首台极紫外自由电子激光用户装置——大连相干光源,就是杨学明院士和上海应用物理研究所等单位的专家、院士们共同推动建设的。如今,大连相干光源每天都吸引国内外化学、物理、材料、能源等各个不同领域的科学家来此申请机时、开展研究,大连相干光源取得了一系列重要研究成果。


在大连相干光源建设得如火如荼之时,杨学明院士作为南方科技大学理学院院长,又开始了新一轮的挑战——基于超导加速器技术的高重复频率自由电子激光装置的调研、攻关和建设推进。过去的十年,超导加速器的发展取得了很大的突破,先进超导加速器技术可使加速电子的频率大幅提高,令自由电子激光平均亮度提升10,000倍,杨学明意识到,对于发展高亮度的极紫外和X射线自由电子激光光源,这是重大机遇。在深圳落地的中能X射线自由电子激光项目 ,是我国高重频自由电子激光布局的重要组成部分,同时也是国际上四大超导XFEL计划之一,在推动量子材料、先进半导体技术、生物科技、能源科学等前沿科学研究中将有着广泛的应用。


image.png


在杨学明院士追求科学的道路上,研发科学仪器,最初只是个人的研究兴趣,在面对重要的科学问题时,发展自己独特的实验研究仪器和方法往往可以帮助这些科学问题得到解决,“在科学问题的驱动下,我们将重要科学问题与新仪器创制相结合,二者相辅相成,技术革命和科学进步往往共同发生”。与此同时,自己的科学研究也满足了国家和社会的需求,助力解决国家重要的卡脖子技术,也令杨院士作为科学家倍感欣慰。