點(diǎn)亮稀土，不負(fù)人生

杜月嬌

變幻莫測(cè)、流光溢彩的城市燈光是現(xiàn)代文明的美麗標(biāo)志，神奇的光不僅將人類的世界從黑暗帶向了光明，而且打開了人類的視野和思路?；厮葸^(guò)往，法國(guó)物理學(xué)家亨利·貝克勒在1896年發(fā)現(xiàn)元素放射性光線，從此人類開始研究自發(fā)光材料。百年來(lái)，人類對(duì)自發(fā)光材料的研究逐漸深入，目前正在利用稀土元素激活鋁酸鹽、硅酸鹽等無(wú)輻射的高科技產(chǎn)品。這些材料改變了自發(fā)光產(chǎn)品無(wú)法大范圍應(yīng)用的歷史。

稀土具有特殊的電子層結(jié)構(gòu)，有著一般元素所無(wú)法擁有的光譜性質(zhì)，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射，構(gòu)成廣泛的發(fā)光和激光材料。因此只要談到發(fā)光，幾乎離不開稀土。而隨著稀土分離、提純技術(shù)的進(jìn)步，以及相關(guān)技術(shù)的促進(jìn)，稀土發(fā)光材料的研究和應(yīng)用得到顯著發(fā)展。來(lái)自吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院的副教授周東磊正是研究稀土發(fā)光的青年力量。他期待用自己的研究成果不斷拓展稀土應(yīng)用的領(lǐng)域，讓稀土的光芒更加閃耀。

十年寒窗 撥云見光

周東磊出生在農(nóng)村，父母都是地地道道的農(nóng)民，沒(méi)有固定的收入來(lái)源，父母曾經(jīng)營(yíng)過(guò)果園、畜牧養(yǎng)殖、種植草藥，但因?yàn)槿狈I(yè)的知識(shí)，全以失敗告終。一家人靠著一畝三分地維持生活，日子過(guò)得簡(jiǎn)單平淡。

父母告訴周東磊，“知識(shí)改變命運(yùn)，讀書是唯一的出路”，堅(jiān)持供他讀書。周東磊沒(méi)有辜負(fù)父母的辛苦付出，他性格要強(qiáng)不服輸，成績(jī)永遠(yuǎn)是年級(jí)第一。高中時(shí)，為了激勵(lì)自己，他在心里默念“優(yōu)秀是一種習(xí)慣”，并把這句話刻在了書桌上?！八菨撘庾R(shí)里的一種心理暗示，當(dāng)我想要放縱不努力的時(shí)候，只要看到這句話，我就會(huì)暗示自己要努力。”周東磊說(shuō)。

除了學(xué)習(xí)刻苦努力，周東磊還喜歡鉆研，有一個(gè)“科研夢(mèng)”，凡事喜歡問(wèn)為什么。2009年，抱著對(duì)科學(xué)的向往，勤奮刻苦的周東磊考入吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院半導(dǎo)體化學(xué)實(shí)驗(yàn)班，這一實(shí)驗(yàn)班每年選拔30名優(yōu)秀的本科生，致力于從本科開始培養(yǎng)更加具有科研素養(yǎng)的學(xué)生。實(shí)驗(yàn)班為周東磊的科學(xué)夢(mèng)想插上了飛翔的翅膀，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)班后，周東磊像海綿一樣吸收各個(gè)交叉學(xué)科的知識(shí)，為日后科研工作的開展打下了牢固的基礎(chǔ)。2013年9月，他被順利保送研究生，成為吉林大學(xué)第一屆本碩博連讀的學(xué)生。這也是他科研人生的開始。

九年進(jìn)取 點(diǎn)亮人生

在此之后，周東磊跟隨導(dǎo)師宋宏偉研究稀土元素發(fā)光過(guò)程的機(jī)理及應(yīng)用。稀土離子發(fā)光在實(shí)際生活中的應(yīng)用非常廣泛，但隨著科技的更新迭代，使得稀土在很多領(lǐng)域被逐漸替代。解決稀土發(fā)光材料的自身缺點(diǎn)，比如它的發(fā)光效率還不夠高、吸收截面小，成為周東磊的主要研究課題。他和團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)控稀土發(fā)光的局域光場(chǎng)環(huán)境等外在的手段提高稀土的發(fā)光強(qiáng)度，讓它能在照明顯示、太陽(yáng)能電池或者是在光纖探測(cè)器等不同器件上得到全新的應(yīng)用。

周東磊調(diào)研了大量的文獻(xiàn)，他在《自然》（Nature）的一篇報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，除了金屬離子之外，半導(dǎo)體表面等離子體材料也可以調(diào)控稀土發(fā)光的躍遷概率。受此啟發(fā)，他首次使用半導(dǎo)體等離子體納米晶調(diào)控稀土上轉(zhuǎn)換熒光，發(fā)現(xiàn)了稀土上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)的新機(jī)制，一定程度上解決了稀土發(fā)光固有難題。通過(guò)半導(dǎo)體納米晶的多重物理效應(yīng)，他和團(tuán)隊(duì)最終獲得了超過(guò)3個(gè)數(shù)量級(jí)的熒光增強(qiáng)，并拓展了其在防偽顯示、文件加密和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域的應(yīng)用。

雖然這項(xiàng)研究的成果有很重要的意義，但過(guò)程布滿了荊棘，周東磊一度到了崩潰的邊緣。還記得那年的暑假，為了總結(jié)新的作用基質(zhì)，他獨(dú)自留在辦公室查資料做實(shí)驗(yàn)，卻沒(méi)有得到任何進(jìn)展。不服輸?shù)男愿褡屗麖膩?lái)不會(huì)輕言放棄，“因?yàn)闆](méi)有人可以幫我解答，就只能靠自己了”。最終經(jīng)過(guò)兩年的探索，周東磊厚積薄發(fā)，一系列科研成果在國(guó)際知名期刊陸續(xù)發(fā)表。堅(jiān)持不放棄是周東磊科研生活的真實(shí)寫照，解決了他心里的一個(gè)個(gè)學(xué)術(shù)難題，也撥開了籠罩在稀土發(fā)光問(wèn)題上的謎團(tuán)，走出了一條屬于他的科研道路。

不破不立 終獲成功

2017年，周東磊開啟了新的研究工作?！跋⊥涟l(fā)光受晶場(chǎng)局域環(huán)境影響很大，正所謂不破不立，能否開發(fā)一種新的基質(zhì)材料，構(gòu)建新的稀土發(fā)光材料體系？”這個(gè)想法促使周東磊努力尋找新的基質(zhì)材料，探索稀土發(fā)光最適宜的晶格環(huán)境。

一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，周東磊在一次實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)在稀土鐿摻雜金屬鹵化物鈣鈦礦材料中有非常強(qiáng)的近紅外發(fā)光。通過(guò)后續(xù)的一步步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)為量子剪裁發(fā)光，內(nèi)量子效率超過(guò)100%。稀土量子剪裁發(fā)光，是指材料吸收一個(gè)能量大于或等于發(fā)射光子能量2倍的高頻光子，發(fā)射兩個(gè)低頻光子的過(guò)程，其理論內(nèi)量子效率為200%。

稀土與鈣鈦礦材料的結(jié)合，極大地提高了稀土的吸收截面和發(fā)光效率。周東磊十分激動(dòng)，他繼續(xù)優(yōu)化了這個(gè)材料，最終構(gòu)建了鑭系稀土離子摻雜金屬鹵化物鈣鈦礦新型材料，并將這個(gè)材料應(yīng)用于提高單晶硅和銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，具有巨大的應(yīng)用前景。此研究工作經(jīng)《科學(xué)》（Science）專題亮點(diǎn)報(bào)道，被評(píng)價(jià)為“近年來(lái)最激動(dòng)人心的工作之一”，并連續(xù)4年成為基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)（ESI）高被引文章。國(guó)外著名學(xué)者更是直言：“鐿離子摻雜鈣鈦礦量子剪裁發(fā)光為突破硅電池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）效率極限提供了巨大希望?！?/p>

一年后，周東磊順利博士畢業(yè)，因其優(yōu)異的學(xué)術(shù)成果，獲得了全校只有一個(gè)名額的“力旺獎(jiǎng)學(xué)金”，獎(jiǎng)金高達(dá)10萬(wàn)元，還獲得了吉林大學(xué)“十佳研究生”稱號(hào)。在吉林大學(xué)讀書的9年時(shí)間里，他累計(jì)獲得獎(jiǎng)學(xué)金多達(dá)30萬(wàn)元。他的勵(lì)志求學(xué)之路也被《人民日?qǐng)?bào)》、新華網(wǎng)、央視新聞等多家媒體廣泛報(bào)道。

博士畢業(yè)后，周東磊決定前往新加坡南洋理工大學(xué)從事博士后研究，他想走出去，睜眼看世界，“害怕自己故步自封、思維禁錮，多一些經(jīng)歷，多一些成長(zhǎng)”。在新加坡，他交識(shí)了非常多優(yōu)秀的朋友，意識(shí)到了自己的不足之處，“我們能彼此交流，一起解決一個(gè)問(wèn)題，就是一件很快樂(lè)的事”。

赤子之心 為國(guó)爭(zhēng)先

在一年半的博士后工作結(jié)束后，周東磊回到了自己的母校吉林大學(xué)，成為電子科學(xué)與工程學(xué)院的一名副教授，繼續(xù)開展自己的研究工作，實(shí)現(xiàn)自己的科研夢(mèng)。

在構(gòu)建稀土鈣鈦礦材料體系的基礎(chǔ)上，周東磊繼續(xù)深入研究微觀作用機(jī)制，拓展稀土發(fā)光的新型應(yīng)用。目前，周東磊的研究工作主要聚焦新型高效的稀土摻雜發(fā)光材料的研發(fā)、制備與應(yīng)用，研究基于稀土摻雜材料的新型白光照明和近紅外發(fā)光器件，采用稀土納米材料優(yōu)化鈣鈦礦光伏和探測(cè)器器件的光電性能等。

目前，周東磊依托吉林大學(xué)共發(fā)表《科學(xué)引文索引》（SCI）論文80余篇，其中包括《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）、《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）等第一作者和通訊作者身份論文30余篇，SCI他引2800余次，h因子28，3篇論文入選ESI高被引論文，相關(guān)工作被《科學(xué)》（Science）、《自然·能源》（Nature Energy）等學(xué)術(shù)期刊多次正面引用和評(píng)述，多次被《新科學(xué)家》（New Scientist）、《奇趣百科》（Interesting Engineering）等國(guó)際科技新聞網(wǎng)站亮點(diǎn)介紹。

如今，國(guó)家“十四五”規(guī)劃設(shè)立了“稀土新材料”國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)，增加了對(duì)稀土的基礎(chǔ)研究投入，提升了稀土的國(guó)家戰(zhàn)略意義?！把芯啃虏牧虾托录夹g(shù)是唯一的出路，如果我們現(xiàn)在不去做一些前瞻性的研究，那么20年、30年、50年后，我們還是會(huì)面臨‘卡脖子的問(wèn)題?！睘榇?，周東磊將瞄準(zhǔn)國(guó)家重大應(yīng)用需求，潛心基礎(chǔ)研究，深入挖掘機(jī)理，在稀土發(fā)光的基礎(chǔ)研究和器件應(yīng)用等方面不斷探索突破。作為年輕的科研工作者，他只想用“身體力行，奉獻(xiàn)終身”的理念為國(guó)家的科研探索貢獻(xiàn)一點(diǎn)微薄的力量，使國(guó)家不再遭受“卡脖子”問(wèn)題。這是一條一眼看不到盡頭的康莊大道，路上也許會(huì)有許多艱難險(xiǎn)阻，但他并不會(huì)躊躇，他的目標(biāo)清晰，每一步都走得很穩(wěn)，向著未知的前路邁進(jìn)。

（責(zé)編：蘇寒山）