2021未來(lái)科學(xué)大獎揭曉：上海交大張杰因激光方面研究獲“物質(zhì)科學(xué)獎”

9月12日，本年度“未來(lái)科學(xué)大獎”揭曉，其中的“物質(zhì)科學(xué)獎”由上海交通大學(xué)張杰院士獲得，以獎勵他通過(guò)調控激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生精確可控的超短脈沖快電子束，并將其應用于實(shí)現超高時(shí)空分辨高能電子衍射成像和激光核聚變的快點(diǎn)火研究。

張杰院士是利用強激光束與物質(zhì)相互作用高效產(chǎn)生方向與能量可控的高強度快電子束（~100 keV 到 10 MeV）的開(kāi)拓者之一。自上個(gè)世紀九十年代以來(lái)，張杰院士領(lǐng)導中科院物理所和上海交通大學(xué)的聯(lián)合研究團隊，在快電子束產(chǎn)生和應用方面取得了一系列重要突破，包括高效率產(chǎn)生遠離麥克斯韋分布的超短脈沖快電子束，實(shí)現對快電子束發(fā)射方向與能量的精確調控，實(shí)現表面自生電磁場(chǎng)對快電子束的引導和聚焦以及超高時(shí)空分辨的兆電子伏特電子衍射與成像等。

他們研制的超短脈沖兆電子伏特電子衍射與成像裝置，達到了亞埃（1埃等于百億分之一米）級的空間分辨能力，并將時(shí)間分辨能力提高到創(chuàng )記錄的50飛秒（1飛秒等于一千萬(wàn)億分之一秒）。利用這臺裝置，他們與合作者成功地實(shí)現了超快光場(chǎng)對量子材料維度的調控，觀(guān)察到瞬態(tài)的光致新奇物態(tài)；實(shí)現了對光誘導的新型相變以及單分子成像等重要物理與化學(xué)瞬態(tài)過(guò)程的觀(guān)測。

張杰團隊對超短脈沖快電子束的研究起源于對激光核聚變中快點(diǎn)火方案研究的需求。作為人類(lèi)獲得終極能源的可能選項，激光核聚變是由燃料壓縮和加熱兩個(gè)階段組成的?？禳c(diǎn)火方案由于可以將壓縮過(guò)程與點(diǎn)火過(guò)程分別獨立優(yōu)化，因此，可以節省驅動(dòng)能量并降低不穩定性。精確可控的超短脈沖快電子束的作用就是將激光能量高效地傳輸到預先壓縮的燃料中，使其快速加熱到聚變溫度，實(shí)現聚變反應。他們的研究為深入理解快點(diǎn)火物理過(guò)程做出了重要貢獻。

未來(lái)科學(xué)大獎設立于 2016 年，是由科學(xué)家、企業(yè)家群體共同發(fā)起的科學(xué)獎項。評審體系主要參考諾貝爾獎、圖靈獎等國際著(zhù)名獎項，采取提名邀約制和國際同行評議制。候選人由科學(xué)委員會(huì )邀請的提名人提名產(chǎn)生。由科學(xué)委員會(huì )邀請包括諾獎得主、圖靈獎得主、菲爾茲獎得主以及數十位美國、法國、德國等國的科學(xué)院、工程院院士等國際專(zhuān)家，對各候選人被提名的工作成果在工作成就、創(chuàng )新性、影響力等方面做同行評議。最終的獲獎?wù)呙麊斡晌磥?lái)科學(xué)大獎科學(xué)委員會(huì )參考國際同行評議信不記名投票確定。未來(lái)科學(xué)大獎目前設置“生命科學(xué)”、“物質(zhì)科學(xué)”和“數學(xué)與計算機科學(xué)”三大獎項。袁國勇、裴偉士獲得今年的未來(lái)科學(xué)大獎“生命科學(xué)獎”， 施敏獲得“數學(xué)與計算機科學(xué)獎”。