上科大五周年 | 牢记使命勇争先,投身创新奋图强 ——物质学院大科学装置建设五年工作回顾

时间:2018-12-25浏览:13设置

编者按:2013年9月30日,教育部批复同意上海科技大学正式建立,到2018年9月30日,学校建校已满五年。在这五年里,改变实在太多太多。新校园从无到有,拔地而起;首届本科生、首届博士生、三届硕士研究生从入校到毕业;科研成果如潮涌现,并以“加速度”不断产出.....在这辞旧迎新、年关将近之际,上科大官微推出“五周年回顾”专刊,让我们不忘初心,一起回首上科大前行的道路;砥砺前行,共同建设上科大更美的明天。

上科大物质学院

作为上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设的研究型大学,上海科技大学致力于服务国家经济社会发展战略、培养科技创新创业人才、提供科技解决方案及发挥思想库作用。上海科技大学聚焦科教与科创融合,积极投身上海科创中心建设。2016年4月,国务院发布《上海系统推进全面创新改革试验加快建设具有全球影响力的科技创新中心方案》,明确指出上海科技大学要发挥体制机制优势,积极参与上海张江综合性国家科学中心建设

上海科技大学校园


目前,学校作为法人单位或共建单位,与中国科学院上海高等研究院(以下简称高研院)、中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称光机所)等单位合作协力开展了“硬X射线自由电子激光装置”、“活细胞结构与功能成像等线站工程”(以下简称“活细胞项目”)、“上海软X射线自由电子激光用户装置”、“超强超短激光实验装置”、光源一期二期等一系列国家重大科技基础设施的建设工作,上海科技大学瞄准光子科学前沿发展趋势,正在切实地推动上海张江综合性国家科学中心打造科技创新和人才积聚高地的宏伟蓝图。物质学院秉承学校的发展理念,勇于接受挑战、敢于担当大任,承担了上述大科学实验装置的建设任务。


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X射线自由电子激光已成为发达国家争夺21世纪科技至高点的先进科研基础设施的利器,为确保我国掌握新时期重大科技创新的主动权,上海张江综合性国家科学中心围绕光子科学设施群建设进行布局整合。上海科技大学秉承“十年磨一剑”的大科学装置建设理念,依托上海市、中科院和合作单位的大力支持,于2015年初,联合高研院自由电子激光研制团队、耶鲁大学活细胞荧光超分辨显微镜研制团队和物质科学与技术学院教授科研团队协手组建光子科学工程攻关小组。经过夜以继日的努力,上海科技大学作为法人单位承担的首个国家重大科技基础设施项目“活细胞项目”于2016年1月成功立项,并实现了当年开工建设的目标。

左:活细胞项目鸟瞰图;右:活细胞成像束线单色器


2018年4月,由上海科技大学联合高研院、光机所共建承建的“硬X射线自由电子激光装置”亦完成开工建设,物质学院教授领衔负责光束线和用户实验站总体的建设工作。这些世界级大科学设施,特别是大型公共用户装置,将聚集来自众多不同专业领域的研究和技术人员,每年产生重要的科学成果,衍生大量的专利、新技术和新兴产业。它将吸引成千数百的全球顶级科学家到上海来和中国科学家一起开展物理、材料、生命科学、信息技术相关研究工作,促进上海科技大学不同院所学科的交叉与融合。与此同时,它将是推动上海加快向具有全球影响力科技创新中心建设的重要支撑。上海科技大学也将实现大科学装置建设“从无到有,从小规模到大规模”的跨越。


创新驱动的实质是人才驱动,建设一流的科研基础设施需要一流的人才团队作为承建主体。由物质学院教授领衔的光子科学工程团队,从“基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台研制(ME2)”、“空间分辨光电子能谱测试线站建设(Nano-ARPES)”等项目起航,一步一个脚印,艰难攻关高增益X射线FEL装置所需的关键技术,并通过活细胞项目等科技基础设施的建设,逐步在光束线设计、低温探测器研发、超高真空腔体研发等领域积累了丰富的工程研制经验,为硬X射线自由电子装置束线站的建设奠定了重要基础。

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工程项目的有序开展、按期推进,离不开团队成员忘我敬业的付出和全身心的投入。回首大科学装置立项申报建设的过程,每一个项目落地的背后,都和工程团队不分昼夜的技术攻关和材料编制密切相关。2017年12月,硬X射线自由电子激光装置召开启动动员会,作为装置光束线和用户实验站总体负责人的刘志教授,说起了一个细节:每天凌晨2点前实时回复邮件已成为物质学院光子科学工程队伍的工作习惯


项目立项,只是万里长征的第一步,工程研制的压力重于泰山。走进物质学院8号楼107实验室,TES-X射线能谱仪、稀释制冷机和紫外激光调制器等一台台精密设备,整齐有序地布置在一起,组成了上海科技大学低温探测器测试实验室。这项高精尖测试环境的成功搭建背后,是活细胞项目探测器技术骨干张硕助理研究员日以继夜的心血和努力。已记不清有多少次是凌晨四点后,挣扎着回工位上补个短觉,更记不清有多久没有陪伴爱人和幼子度过一个完整的周末。以前在国外学习探测器先进技术时,张硕总是期盼着有朝一日在国内也能研制出属于中国自己的低温探测器芯片和测试设备,为中国基础科研的前进贡献一份绵薄之力。而今,上海科技大学给了他一展才华的平台,他坚信在一流大科学设施平台的建设上,中国一定能实现从“从跟跑到并跑、到领跑”的历史性跨越。张硕助理研究员是物质学院众多技术骨干的一个代表和缩影,他们夙夜在公,为大科学装置的研发默默坚守和奋力拼搏。

TES-X射线探测器测试系统

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值得一提的是,基于项目支持,上海科技大学教授团队已经逐步取得了科研突破,在光子科学领域取得了一批重要科研成果。如,物质学院江怀东教授课题组、特聘教授江玉海课题组分别在DNA单颗粒成像和阿秒量子相干探测两个重要的研究领域取得重要进展。相关成果分别发表在知名期刊《ACS Nano》、《Physical Review Letters》上发表。江怀东教授团队与相关研究机构合作,利用X射线自由电子激光,对采用DNA折纸术构建的局域表面等离子体结构及三维DNA自组装结构进行了高空间分辨的成像实验。同时,采用美国LCLS直线加速器相干光源的实验参数,对DNA自组装结构在不同光子能量及不同脉冲能量下进行了二维与三维数值模拟,讨论并分析了不同X射线自由电子激光脉冲能量下三维DNA自组装结构的衍射强度与图像分辨率的关系。此项工作为单分子、单颗粒成像技术的未来发展提供了启示和借鉴。江玉海教授团队从强场理论出发,利用飞秒极紫外(XUV)与太赫兹(THz)脉冲组合场的光电子谱,提出一种实验上可提取时间演化密度矩阵元、研究开放量子系统的超快相干动力学方案,同时极大提高XUV激光的分辨率。这一方案首次提出太赫兹激光在自由电子激光大装置上进行阿秒量子相干探测的新方法新思路,极大扩展和提高自由电子激光光源的应用前景和科学价值,在物理、化学和生命科学领域都是一个重大进步。

科研成果展现


另外,通过这些大科学装置的平台建设和项目支持,培养和锻炼了一大批的年轻科研骨干,与大科学装置的建设同步成长,已初显成效。如,我校物质学院杨海峰博士、梁爱基博士等在特聘教授陈宇林的指导下撰写量子材料光电子能谱综述并发表于在国际知名综述期刊《自然评论:材料》(Nature Reviews Materials)。该综述论文涵盖了该课题组近年来的亮点工作以及国际上相关单位在该领域的重要研究成果。其团队积极参加大型光子科学平台的建设,快速增强了上海光源等大型科学装置上ARPES等先进材料表征能力。这些表征能力的提升进一步加强了我校在量子材料物理方面的研究能力。这些研究成果的显现,初步彰显大科学装置在实现重大基础科学突破和关键核心技术发展上的独特优势

上科大物质学院


在科研人员、技术团队“废寝忘食、日夜攻坚”的同时,物质学院大科学装置的行政管理团队甘于做幕后英雄。在人手紧、任务重、压力大的情况下,每一位成员在管理、协调、服务等方面默默奉献,并不断研究面临的新问题提高效率和工作成效,始终追求卓越。他们经常在身心俱疲的情况下,依然保持昂扬的斗志,为了按时提交材料已记不清度过了多少个不眠之夜。他们是一支年轻的团队,也都是每个家庭的顶梁柱,因项目工作的需要他们经常顾不上家庭和孩子,始终拼搏在项目的第一线,顾大我舍小我,毫无怨言,从不计较得失,从不耽误项目的每一项工作。这支行政管理团队富有激情,淡泊名利,为大学科装置的建设起到了至关重要的支撑作用。


回顾上海科技大学大科学装置一路走来的发展历程,历数每一个阶段、每一个项目取得的成绩,令所有参与其中的上科大人都倍感骄傲和自豪,深深为上科大团队忘我敬业、无私奉献的精神感动不已。回首过往、心潮澎湃,展望未来、任重道远,物质学院大科学装置建设团队将不忘初心、牢记使命、砥砺前行,坚定不移地为上海建设具有全球影响力的科技创新中心发挥自己的才智,为服务和实施国家科技强国战略贡献自己的力量。


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