2021未來科學大獎揭曉：上海交大張杰因激光方面研究獲“物質科學獎”

9月12日，本年度“未來科學大獎”揭曉，其中的“物質科學獎”由上海交通大學張杰院士獲得，以獎勵他通過調控激光與物質相互作用產生精確可控的超短脈沖快電子束，并將其應用于實現超高時空分辨高能電子衍射成像和激光核聚變的快點火研究。

張杰院士是利用強激光束與物質相互作用高效產生方向與能量可控的高強度快電子束（~100 keV 到 10 MeV）的開拓者之一。自上個世紀九十年代以來，張杰院士領導中科院物理所和上海交通大學的聯合研究團隊，在快電子束產生和應用方面取得了一系列重要突破，包括高效率產生遠離麥克斯韋分布的超短脈沖快電子束，實現對快電子束發射方向與能量的精確調控，實現表面自生電磁場對快電子束的引導和聚焦以及超高時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，并將時間分辨能力提高到創記錄的50飛秒（1飛秒等于一千萬億分之一秒）。利用這臺裝置，他們與合作者成功地實現了超快光場對量子材料維度的調控，觀察到瞬態的光致新奇物態；實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瞬態過程的觀測。

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火方案研究的需求。作為人類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階段組成的?？禳c火方案由于可以將壓縮過程與點火過程分別獨立優化，因此，可以節省驅動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，實現聚變反應。他們的研究為深入理解快點火物理過程做出了重要貢獻。

未來科學大獎設立于 2016 年，是由科學家、企業家群體共同發起的科學獎項。評審體系主要參考諾貝爾獎、圖靈獎等國際著名獎項，采取提名邀約制和國際同行評議制。候選人由科學委員會邀請的提名人提名產生。由科學委員會邀請包括諾獎得主、圖靈獎得主、菲爾茲獎得主以及數十位美國、法國、德國等國的科學院、工程院院士等國際專家，對各候選人被提名的工作成果在工作成就、創新性、影響力等方面做同行評議。最終的獲獎者名單由未來科學大獎科學委員會參考國際同行評議信不記名投票確定。未來科學大獎目前設置“生命科學”、“物質科學”和“數學與計算機科學”三大獎項。袁國勇、裴偉士獲得今年的未來科學大獎“生命科學獎”， 施敏獲得“數學與計算機科學獎”。