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【2022校长奖】段绍峰:脚踏实地科研 仰望星空逐梦

近期,英亚登录2022年校长奖经单位推荐、信息复核、书面初评、网络展示以及评审委员会和百人评审团评审等环节,评选出10位获奖者(个人/集体)。

英亚登录2017级直博生段绍峰(导师:张文涛教授)荣获2022年英亚登录校长奖,这是我院时隔七年再次获此殊荣!

人物介绍

段绍峰本科就读于郑州大学,在完成本科学业以后,他以优异的成绩保送到英亚登录攻读物理学博士学位,导师张文涛教授。博士期间,他潜心基础科学研究,作为骨干成员参与高性能角分辨光电子能谱仪的研制,性能达世界领先水平。利用自主研制的仪器,他瞄准领域最前沿,在国际上首次提出和实现利用激光对量子材料电子维度的操控,发现光致非平衡态超导的迹象,研究成果以第一作者发表于顶级科学期刊Nature;以共同第一作者在物理一区Physics Review X上发表高水平学术论文,入选ESI高被引和热点论文。以第一发明人身份申请国家发明专利2项,已授权1项。荣获国家奖学金、三好学生标兵和学术之星等荣誉。

脚踏实地,科研创新

谈到博士期间的研究方向,他提到利用飞秒激光操控量子材料是目前国际上研究的前沿和热点,而时间分辨角分辨光电子能谱(trARPES)正是一种同时兼具时间、能量和动量分辨功能的新型量子材料调控研究的新技术。该设备目前无商业化产品,在该仪器研制成功前,国内还没有相关的仪器设备,必须结合超快激光技术和ARPES技术自行研制。加入研究组以后,在张文涛老师的带领下,他作为骨干成员参与研制和搭建高性能的trARPES仪器。

在仪器研制的研制过程中,他发现目前国内外使用的真空紫外激光装置通常都具有较大的体积、造价昂贵、不利于大规模的推广和使用等缺点。基于此背景,他巧思妙想,设计和利用模块化的真空腔体,对真空紫外光路中的光学元器件进行模块化处理,大大降低了真空紫外激光装置的体积和造价,更加方便与其它光源进行快速切换和大规模的使用。将其运用于ARPES中,实现0.4 meV的能量分辨率,达到国际最好水平。

                                                           自主研制的trARPES系统

                                                    trARPES自动控制系统的部分功能

   针对领域难题,他巧妙的利用基于机器识别的双目视觉系统实现在温度变化过程中对样品位置的精确定位和自动修正,在角分辨光电子能谱实验中成功实现了高精度温度连续变化的电子结构测量。这一项技术极大拓宽了ARPES的研究能力,为ARPES研究高温超导出现的机制提供了更有力的实验支持,这也是取得后续科研进展的关键因素。仪器的搭建工作于2019年完成,并于2020年从临时实验室搬入到理科群楼,博士期间两次仪器的搭建工作使他动手能力得到了极大的锻炼。trARPES仪器时间带宽乘积接近理论极限,处于国际领先水平。

潜心钻研,重大突破

博士期间,他的主要研究方向为超快激光诱导量子材料中的非平衡态相变,这是目前国内外凝聚态物理领域研究的前沿。最初接触科研,摸不到门路,不知道该从何处下手也是他经常会碰到的问题。熟练掌握做实验的手段以及数据分析是科研中最重要的环节,为此他积极学习数据分析专业软件,经过长期的积累和实践可以独立编写整套的ARPES实验数据处理程序,可以快速针对采集的数据进行各种处理,这为后续的科研打下坚实基础。

科研的道路从来不是一蹴而就的,对他来说亦是如此。和大多数博士生一样,科研道路中他也会遇到各种问题,时常感到发愁并且焦虑,也会有自己坚持不下去的时候,但是他从不轻言放弃。在数不清的日日夜夜奋斗中,终于在博士第四年实验上有重大发现,利用超快激光实现对量子材料电子态维度的操控。但是摆在眼前的一个棘手问题就是如何从理论上去模拟实验中的新发现。在一个以实验为主的课题组中,他需要着手去学习相关的理论模型,在此基础上进行数值模拟,这其中遇到的问题远比想象的多。

段绍峰说:“最开学学习理论模型做模拟的过程中,遇到的第一个难题就是如何数值求解偏微分方程。在阅读了大量相关文献之后,始终没有找到数值求解的办法,一连数个星期都是毫无进展。”科研上的长期停滞不前使他倍感受挫,这也是最难熬的时候。在多次与导师的沟通和尝试下,最后终于成功数值求解微分方程,用唯象模型成功模拟了实验上所观察到的现象,实现实验与数值模拟的完美结合。在国际上首次利用超快激光实现对量子材料中电子态维度的操控,并在其中发现光致非平衡超导的迹象,为具有新功能的下一代的器件的调控打开了一扇超快科学的新窗口,这一成果《Optical manipulation of electronic dimensionality in a quantum material》以段绍峰为第一作者于2021年7月份发表于顶级科学期刊《Nature》。研究成果也获得了国内外专家的认可,并且被科学领域中著名的中国科学网报道。中科院院士张杰表示:“这些发现首次展现了利用超快激光实现对量子材料中电子维度的调控,并产生奇异的量子现象。”

在惊人的发现之前,必然存在着许多的付出与努力。最初进入课题组,从零开始参与trARPES仪器的研制;并在疫情之后,进行了实验室的搬迁,这就相当于实验室的二次重建。从一个空荡荡的实验室开始,小到实验室的布局和电路设计,大到trARPES系统的重新搭建和调试等等,这些经历都恍如昨日。文章成功发表的背后更是数不清日日夜夜的努力与奋斗。他玩笑说道:“虽然我没有见过凌晨四点的洛杉矶,但我见过数不清的凌晨的交大”。在一次又一次的实验之后,不断的数据分析和导师讨论,才形成了最后的文章。科研的道路虽然艰辛坎坷,但也见证了他的成长,一步一个脚。幼畛蹉裸露目蒲小懊刃隆敝鸾コ沙の桓隹蒲泄ぷ髡。他表示:天道酬勤,付出终有回报,贵在长久的坚持。

践行实践,乐于分享

   读博之后尽管科研任务繁重,他也积极进行知识分享。在学习编程的过程中,他创立公众号分享LabVIEW编程经历和案例。作为志愿者参与“角分辨光电子能谱及量子材料中的超快现象研讨会”的组织与举办,这些志愿服务也使他认识到分享的重要性。在学院组织的暑期实践和社会走访等活动中使他认识到科技发展对一个国家的重要性。对于从事基础科学的研究生来说,他也努力将自己的研究方向与科技的发展相结合。

他曾作为学生代表参与张杰院士未来科学大奖交流会,面对面聆听张杰院士对科学研究的热爱与20余年坚持不懈的追梦之路,使他备受鼓舞。在零距离与顶尖学术大师之间的交流经历也使他感受到科学家的强大魅力,这也更加坚定了他今后继续从事科研的决心。

                                                       张杰院士未来科学大奖交流会

不忘初心,砥砺前行

       回顾他博士期间的成长历程,可以总结为以下三个阶段,“从零开始研制仪器”到“甘坐冷板凳,潜心钻研”再到“厚积薄发,取得重大发现”,一步一个脚印见证了他在科研中的不断成长。得益于交大提供的世界一流的科研平台,使他能够在基础科学的领域中不断探索。如今面临毕业,站在人生的十字路口他也要做出抉择。他选择做博后,继续从事对基础科学的研究和探索。未来他也将在前期研究的基础上继续去探索“光与物质相互作用”这个有趣的课题,致力于为解决前沿的基础科学问题提供新思路和新方法。

 

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