“如果我們能夠按自己的意愿排列原子，將會(huì)出現(xiàn)何物？這些物質(zhì)的性質(zhì)如何？”早在1959年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼就曾提出這個(gè)問題，雖然當(dāng)時(shí)的科技水平尚無法突破這一難題，但他從未懷疑人類有這樣的潛力。
如今，隨著納米和顯微技術(shù)的快速發(fā)展，費(fèi)曼的設(shè)想已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”）納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心主任李江宇研究員，致力于掃描探針顯微方法的研究，在納米層面解析并調(diào)控功能材料的結(jié)構(gòu)與性能。
個(gè)人簡(jiǎn)介
李江宇在中科院深理工首屆全球招聘會(huì)上作為代表發(fā)言
1994年李江宇畢業(yè)于清華大學(xué)材料物理專業(yè)，同年赴美國科羅拉多大學(xué)機(jī)械工程系學(xué)習(xí)，于1996年獲機(jī)械工程碩士學(xué)位，1998年獲電子工程碩士學(xué)位，1998年8月獲機(jī)械工程博士學(xué)位。同年赴加州大學(xué)圣地亞哥分校從事博士后研究，次年轉(zhuǎn)入加州理工學(xué)院。
2001年8月被聘為內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校助理教授。2004年獲美國機(jī)械工程協(xié)會(huì)智能材料與結(jié)構(gòu)2003年度最佳論文獎(jiǎng)，2003年度內(nèi)布拉斯加大學(xué)研究成就獎(jiǎng)。他是本年度內(nèi)唯一獲獎(jiǎng)人，也是該獎(jiǎng)設(shè)立以來最年輕的獲獎(jiǎng)人。后主持兩項(xiàng)美國自科基金項(xiàng)目，兩項(xiàng)美國陸軍研究項(xiàng)目，一項(xiàng)美國化學(xué)學(xué)會(huì)石油研究基金項(xiàng)目，一項(xiàng)內(nèi)布拉斯加研究基金項(xiàng)目。
已在權(quán)威的Science(影響因子為41.058)，Nat.Mater(影響因子為35.749)，Phys.Rev.Lett.(影響因子為7.035)，Appl.Phys.Lett.(影響因子為4.049)，ActaMater.(影響因子為3.059)，JMPS(影響因子為2.885)等國際專業(yè)雜志發(fā)表200余篇學(xué)術(shù)論文，被引用余萬次。
打磨通向納米世界的“手”
“材料科學(xué)關(guān)注的核心問題是結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系，材料的微結(jié)構(gòu)深刻影響其性能。目前，高性能透射電鏡等顯微技術(shù)已經(jīng)能夠在原子尺度乃至亞原子尺度確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分、物相等。”李江宇介紹道，“這就像我們的眼睛，能非常清楚地分辨材料的結(jié)構(gòu)。但我們還需要一只手，能在這個(gè)尺度感知材料的性能，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)控�！�
近十年來，納米材料因其諸多的優(yōu)越性能已發(fā)展成為研究熱門，然而由于實(shí)驗(yàn)手段的缺乏，在納米尺度下材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系尚不十分明了，這阻礙了納米材料進(jìn)一步走向更廣的應(yīng)用。因此，亟需發(fā)展新的技術(shù)方法，在納米尺度對(duì)其物性進(jìn)行測(cè)量、對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行操縱。李江宇團(tuán)隊(duì)在過去十年中便致力于此。
“我們研發(fā)的掃描探針方法能夠在10納米的空間精度下，定量測(cè)量材料的各種響應(yīng)，如優(yōu)于0.01K的溫度分辨，同時(shí)還能夠分辨響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的微觀機(jī)制，這是我們的獨(dú)特之處�！崩罱钫f道。
揭開鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)之謎
利用掃描探針技術(shù)，李江宇團(tuán)隊(duì)在熱電材料、鐵電薄膜、固態(tài)電池、生物體系等領(lǐng)域做了一系列研究探索，鈣鈦礦太陽能電池是其中之一。
鈣鈦礦電池被認(rèn)為是新能源領(lǐng)域的下一個(gè)顛覆者，在短短十年內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)化效率已從最初的3%提升至25%。盡管如此，從材料科學(xué)角度而言，其最基本的晶體結(jié)構(gòu)仍存在著很大爭(zhēng)議，一部分人認(rèn)為它是極性的，而另一部分人則認(rèn)為它是非極性的。兩大陣營都有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持自己的觀點(diǎn)。
“這兩種可能的晶體結(jié)構(gòu)差別非常細(xì)微，最先進(jìn)的透射電鏡、X光衍射等結(jié)構(gòu)表征方法都難以分辨�！崩罱畋硎尽＿@一難題在掃描探針下迎刃而解。
利用掃描探針觀察到的極性非極性交替現(xiàn)象
“兩種結(jié)構(gòu)在掃描探針下的力電響應(yīng)有著非常顯著的差別。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，我們驚喜地觀察到晶體中極性與非極性交替并存的現(xiàn)象�！边@一發(fā)現(xiàn)為該領(lǐng)域爭(zhēng)議已久的問題找到了答案，相關(guān)論文在2018年發(fā)表于自然子刊npjQuantumMaterials上，“這是我們近兩年最得意的工作，”李江宇笑稱。
結(jié)語
在全職回國加入深圳先進(jìn)院前，李江宇已在美國學(xué)習(xí)工作了整整25年�；貒耙咽侨A盛頓大學(xué)終身教職的正教授，曾擔(dān)任該校機(jī)械系主管科研的副系主任。
在談及為何放棄了美國高校優(yōu)越的科研條件和待遇，選擇歸國投身祖國科研事業(yè)時(shí)，李江宇分享道，“在美國的生活雖然舒適，但始終沒有歸屬感�！被貒憧蒲校罱钕Ｍ軌蜃プ「咚侔l(fā)展的下一個(gè)十年，為祖國的科研事業(yè)及人才培養(yǎng)貢獻(xiàn)自己的力量。
參考來源
中國科學(xué)院、百度百科、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
