上海交大张杰院士摘获“物质科学奖”

本报讯（记者姜澎）本年度“未来科学大奖”日前揭晓，其中的“物质科学奖”授予中科院院士、上海交通大学教授张杰，奖金为100万美元，以奖励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。
      
       张杰是利用强激光束与物质相互作用高效产生方向与能量可控的高强度快电子束（~100keV到10MeV）的开拓者之一。自上世纪90年代以来，张杰领衔中科院物理所和上海交通大学的联合研究团队，在精确可控的超短脉冲快电子束产生和应用方面已经取得一系列重要突破，为人类探索高能量物理世界奥秘提供了一个强有力的工具。
      
       进入新世纪，高能量密度物理研究进展很快，主要得益于由美国科学家杰哈·莫罗和唐娜·斯特里克兰在1985年发明的超短脉冲“啁啾脉冲放大”（CPA）技术，该技术将超短超强激光的输出功率提升了100万倍，使得在实验室中创造高能量密度物理状态成为可能，他们也因此获得2018年度的诺贝尔物理学奖。
      
       宇宙中有不少致密天体都处于高能量密度状态，强激光技术的快速发展，为科学家们研究包括模拟超新星爆发或黑洞边缘的高能量密度物理现象等极端天体物理过程提供了可能。对这些天体物理过程的探索，意味着人类在宇宙中寻求生存空间拓展的可能。
      
       作为人类获得终极能源的可能选项，激光核聚变是由燃料压缩与加热两个阶段组成的。张杰团队对超短脉冲快电子束的研究起源于对激光核聚变中快点火方案研究的需求。快点火方案由于可以将压缩过程与点火过程分别独立优化，因此可节省驱动激光能量并降低不稳定性。精确可控的超短脉冲快电子束的作用就是将激光能量高效地传输到预先压缩的燃料中，使其快速加热到聚变温度，实现聚变反应。他们的研究为深入理解快点火物理过程作出了重要贡献。
      
       精确可控的超短脉冲快电子束还可以应用于物质微观结构和功能的超高时空分辨研究。张杰团队研制了超短脉冲兆电子伏特电子衍射与成像装置，达到了亚埃（1埃等于百亿分之一米）级的空间分辨能力，并将时间分辨能力提高到创纪录的50飞秒（1飞秒等于一千万亿分之一秒），把美国同行保持多年的分辨率世界纪录提高了近3倍。利用这台装置，他们与合作者成功地实现了超快光场对量子材料维度的调控，观察到瞬态的光致新奇物态；实现了对光诱导的新型相变以及单分子成像等重要物理与化学瞬态过程的观测。
      
       据悉，未来科学大奖目前设置“生命科学”、“物质科学”和“数学与计算机科学”三大奖项。