新京报快讯(记者 张璐)2021未来科学大奖今天(9月12日)公布获奖名单。物质科学奖授予上海交通大学、中国科学院物理研究所教授张杰,表彰他通过调控激光与物质相互作用产生精确可控的超短脉冲快电子束,并将其应用于实现超高时空分辨高能电子衍射成像和激光核聚变的快点火研究。

 

在今天的未来科学大奖新闻发布会线上,张杰连线时“解读”了他的研究领域对于社会的意义。他说,物理学家有责任解决人类社会面临的最具有挑战的问题,物理学家也要尝试探索自然界中最不可思议的奥秘。“20年来,我们团队研究尝试为清洁高效安全的能源问题解决方案提供一个可能的答案。”

 

被问及最想和谁分享获奖喜悦时,张杰说,“第一时间刚想到了家人,他们陪伴我走过最艰难的道路。我的父母在很艰难的情况下,培养了我对科学的热爱和对生活的乐观”。他同样想和研究团队成员分享喜悦,“20年来,他们与我甘苦与共,情同手足。没有他们,我将一事无成。”他说,未来科技大奖将激励他们继续为中国的原始创新做出更大的贡献。

 

自从 J. J. Thomson 发现阴极射线的一个多世纪以来,电子束在科学技术中的作用越来越突出。各种电子显微镜的发展让人类可以直接观察到物质的微观结构,例如材料的晶体结构以及质子和中子中的夸克和胶子。高能电子束使微结构的精确塑造和材料特性的创新变革成为可能。

 

张杰是开发利用太瓦到拍瓦激光束有效生成受控、高强度快电子束(~100 keV 到 10 MeV)方法的先驱。利用这一技术,张杰领导的研究团队在快电子束方面取得了一系列重大突破,包括高效产生非热电子、用激光调节电子束能量、实现高定向电子发射以及创时空分辨世界纪录的电子束成像。

 

张杰团队研发的可精确控制的高强度快电子束为一系列其他重要的科学探索提供了可能。例如,他们开发了 MeV 超快电子衍射和成像设备,并展示了亚埃空间分辨率和创纪录的 50 飞秒时间分辨率。他们使用超快激光场成功地改变了量子材料的维度,并观察到了光诱导的新型相变。此外,他们的这一技术还帮助实现了更紧凑、更高效的高能粒子加速器。同时,他们还通过超快电子衍射实现了单分子成像。

 

张杰对快电子束的研究最初是为了研究惯性约束聚变 (ICF)。这个过程如果实现,可以为人类提供无限的能量供应。高强度超短脉冲快电子束为 ICF 提供了快速点火的关键工具,张杰是对这一新物理过程最早探索者之一。快速点火方法将燃料点火与压缩分开,使这两个过程可以独立优化,同时避免不稳定性。


张杰,1958年出生于中国山西。1988年在中国科学院物理研究所获得博士学位。目前是上海交通大学、中国科学院物理研究所教授。


新京报记者 张璐

见习编辑 刘茜贤 校对 赵琳