《麻省理工科技評(píng)論》的“35歲以下科技創(chuàng)新35人”（Innovators Under 35）是在全球范圍內(nèi)尋覓杰出的科技人物和科技項(xiàng)目，評(píng)選出來的全球權(quán)威青年科技創(chuàng)新人才榜。榜單評(píng)選涵蓋發(fā)明家（Inventors）、創(chuàng)業(yè)家（Entrepreneurs）、遠(yuǎn)見者（Visionaries）、人文關(guān)懷者（Humanitarians）及先鋒者（Pioneers）五大類，涉及軟件創(chuàng)新、生物醫(yī)藥、互聯(lián)網(wǎng)、材料科學(xué)、硬件傳感、通信技術(shù)、新能源等幾乎所有新興技術(shù)領(lǐng)域。
自2017 年起“35歲以下科技創(chuàng)新35人”評(píng)選榜單正式落地中國，已經(jīng)舉行了四屆，重點(diǎn)發(fā)掘中國最具影響力和潛力的科技創(chuàng)新人才。由國內(nèi)外各專業(yè)領(lǐng)域的權(quán)威人士，包括科學(xué)家、商業(yè)領(lǐng)袖、投資人等組成中國區(qū)榜單評(píng)審委員會(huì)，參與評(píng)審活動(dòng)。
近日，DeepTech 攜手絡(luò)繹科學(xué)發(fā)布了2021年中國區(qū)第五屆榜單。在1月22-23日兩天，35 位入選者將亮相絡(luò)繹科學(xué)，分享他們的科技創(chuàng)新亮點(diǎn)和體會(huì)，探索未來發(fā)展趨勢(shì)。
在這35位入選者名單中，我們發(fā)現(xiàn)有6位來自儀器儀表領(lǐng)域的青年俊才（按姓氏首字母排序）：
他的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了世界上分辨率最高的顯微鏡，協(xié)助攻克了困擾電子顯微學(xué)界近百年的難題。
探測(cè)材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)揭示其功能性的起源至關(guān)重要，能夠加速和指導(dǎo)新材料的研發(fā)。作為精確測(cè)量材料原子排列的強(qiáng)大工具，電子顯微鏡在材料研究中扮演了重要角色，被廣泛用于物理、化學(xué)、材料和生物等科學(xué)領(lǐng)域。電子顯微鏡分辨率的提升甚至可以催生大量科學(xué)突破。
清華大學(xué)副研究員陳震長期投身于新型定量顯微學(xué)成像技術(shù)的研究，側(cè)重于突破現(xiàn)有成像技術(shù)的極限，拓展成像技術(shù)的應(yīng)用范圍，從而解決更多的材料結(jié)構(gòu)問題。
2021 年 6 月，陳震與同事合作發(fā)明了全新的疊層衍射成像技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了世界上分辨率最高的顯微鏡，超越之前的記錄 2 倍，捕捉到了迄今為止分辨率最高的原子圖像（0.02 納米的單原子成像分辨率）。值得一提的是，此前的分辨率記錄也是由他和同事在 2018 年創(chuàng)下的。
在突破新紀(jì)錄的背后，陳震攻克了多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，比如通過開發(fā)反解多次散射的數(shù)學(xué)算法，解決了困擾顯微學(xué)界近百年的樣品多次散射難題，實(shí)現(xiàn)了晶格振動(dòng)決定的極限分辨率和亞納米的三維空間分辨率，被譽(yù)為是“實(shí)現(xiàn)了電子顯微學(xué)界長期追求的顛峰”。
此外，陳震還提出和實(shí)現(xiàn)了一種新的材料原子尺度化學(xué)成分定量方法，以及實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有大視場(chǎng)、低劑量和亞埃分辨率等優(yōu)異性能的原子成像技術(shù)，有望進(jìn)一步提高生物大分子成像的分辨率，彌補(bǔ)常規(guī)冷凍電鏡技術(shù)的不足。
他開發(fā)出多種用于健康監(jiān)測(cè)的傳感器以及無線無源可拉伸傳感系統(tǒng)，致力于將材料、機(jī)械、電子和生物醫(yī)學(xué)及工程聯(lián)系起來。
程寰宇設(shè)計(jì)出一種具有自加熱功能、超靈敏、可拉伸、基于石墨烯 3D 泡沫的氣體傳感平臺(tái)，可連續(xù)監(jiān)控混合氣體中的多種組分。此外，他還開發(fā)出一種簡(jiǎn)單而通用的制造方法來實(shí)現(xiàn)柔性身體感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，該項(xiàng)研究得到了包括《麻省理工科技評(píng)論》和《福布斯》等百余家媒體的報(bào)道。
程寰宇發(fā)明的物理和化學(xué)傳感器可以與其最近開發(fā)的柔性微流傳感平臺(tái)集成在一起，后者可以顯著降低液體揮發(fā)，用于準(zhǔn)確地收集和分析汗液或組織液等多種生物液體，對(duì)人體生理健康進(jìn)行長期、實(shí)時(shí)、連續(xù)的監(jiān)測(cè)，從而免去了復(fù)雜的血檢過程。
在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，程寰宇團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)可以檢測(cè)由呼吸產(chǎn)生的新型冠狀病毒的智能口罩，由此可以實(shí)現(xiàn)包括新冠肺炎等呼吸道疾病的輕松檢測(cè)。除了直接檢測(cè)病毒外，他們還在開發(fā)一種顛覆性的可穿戴貼片，用于實(shí)時(shí)測(cè)量汗液或組織液中的炎癥標(biāo)記物和感染情況。這將首次為了解和管理由感染引起的免疫反應(yīng)提供解決方案。
他研制出系列化具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原位力學(xué)測(cè)試儀器，助推了傳統(tǒng)材料試驗(yàn)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
作為國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)的技術(shù)骨干，馬志超參與研制出了世界上第一臺(tái)多載荷多物理場(chǎng)耦合原位測(cè)試科學(xué)儀器，揭示了機(jī)電熱磁耦合條件下材料力學(xué)行為和微觀結(jié)構(gòu)演化間的相關(guān)性，為材料的制造工藝改進(jìn)和質(zhì)量嚴(yán)控提供了技術(shù)支撐。目前，相關(guān)技術(shù)與儀器已應(yīng)用于北京大學(xué)、浙江大學(xué)、鋼鐵研究總院、中航工業(yè)成飛、中捷機(jī)床、中國鋁業(yè)東北輕合金等 100 余家單位。
他協(xié)助建成了國內(nèi)首個(gè)原位測(cè)試儀器產(chǎn)業(yè)化基地，并不斷推動(dòng)傳統(tǒng)材料試驗(yàn)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力提升了核工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域材料的穩(wěn)定性和可靠性，并制定了原位測(cè)試儀器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過應(yīng)用其共同開發(fā)的技術(shù)和儀器，相關(guān)企業(yè)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。中央人民政府官網(wǎng)和中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)評(píng)價(jià)他參與的工作具有獨(dú)創(chuàng)性和國際領(lǐng)先水平。
他首次實(shí)現(xiàn)了微波重頻的集成微腔光梳并將技術(shù)應(yīng)用于精密光譜測(cè)量中，推動(dòng)芯片級(jí)微型光梳的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。
光學(xué)頻率梳是實(shí)現(xiàn)光學(xué)精密測(cè)量的重要器件，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)科學(xué)研究、國民生產(chǎn)和國防軍事等眾多領(lǐng)域，是光學(xué)領(lǐng)域目前最火熱的研究方向之一。然而傳統(tǒng)光梳受到體積、能耗、成本等限制，只能在實(shí)驗(yàn)室條件下工作，難以應(yīng)用于復(fù)雜的實(shí)際場(chǎng)景中。
為了解決這些難題，北京大學(xué)物理學(xué)院助理教授楊起帆致力于高品質(zhì)因子非線性光學(xué)微腔的研究，并以此為平臺(tái)開展了芯片級(jí)的微型光梳（又名集成微腔光梳）的研究，其工作主要圍繞集成微腔光梳的器件與應(yīng)用兩方面展開。
在器件層面，楊起帆首次在二氧化硅、鈮酸鋰、薄層氮化硅等多種材料平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了鎖模的微腔光梳，包括首次在芯片上產(chǎn)生微波重頻的光梳。在應(yīng)用層面，他首次搭建了基于集成微腔光梳的雙光梳系統(tǒng)，并應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)痕量化學(xué)物質(zhì)，其靈敏度、分辨率、采樣速度等均遠(yuǎn)超其他的微型光譜儀。
在研究集成光梳的過程中，楊起帆還開發(fā)了低損耗光子芯片，可廣泛應(yīng)用于量子計(jì)算芯片、高功率光學(xué)芯片等設(shè)備上，在通訊行業(yè)、精密制造行業(yè)等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。
他通過一系列全光譜發(fā)光與探測(cè)的開創(chuàng)性研究，發(fā)明了世界上最小的光譜儀和波長最寬的可調(diào)諧納米激光器。
光譜檢測(cè)在化學(xué)分析、食品檢測(cè)、生物檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)光譜檢測(cè)設(shè)備體積龐大、價(jià)格昂貴，然而減小其內(nèi)部元件的尺寸又會(huì)導(dǎo)致其性能顯著下降，因此光譜檢測(cè)設(shè)備的微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)研究員楊宗銀開創(chuàng)了基于帶隙漸變半導(dǎo)體材料的全光譜發(fā)光與探測(cè)的一系列理論、方法和工藝，發(fā)明了目前世界上最小的光譜儀。
該光譜儀用半導(dǎo)體納米材料替代了傳統(tǒng)光譜儀中用到的光柵、探測(cè)器陣列和準(zhǔn)直光路等大元件，采用了世界首創(chuàng)的集分光和探測(cè)于一體的光譜儀微型化技術(shù)方案。核心器件尺寸僅有幾十微米，比頭發(fā)絲的直徑還小，而且兼具高性能和低成本的特性，為納米材料在微型光譜儀中的應(yīng)用鋪平了道路。
此外，楊宗銀還開創(chuàng)性地將漸變半導(dǎo)體材料作為激光器的可變?cè)鲆娌牧?，發(fā)明了目前世界上波長最寬的可調(diào)諧納米激光器。
她利用量子技術(shù)提升引力波探測(cè)儀的靈敏度，將量子力學(xué)現(xiàn)象首次帶到了宏觀人類尺度。
2017 年至 2019 年，于皓存帶領(lǐng)了壓縮真空態(tài)在高新 LIGO 中的安裝及啟用工作，實(shí)現(xiàn)了壓縮真空態(tài)在高新 LIGO 探測(cè)儀中的首次使用，這大大提升了探測(cè)儀的靈敏度——50 赫茲以上可達(dá) 1.4 倍（即 3 分貝），并使得高新 LIGO 在其第三次觀測(cè)運(yùn)行中提升了 50% 的預(yù)期探測(cè)速率，將事件捕捉頻率從每月提升至每周都能發(fā)現(xiàn)引力波。
2020 年，通過將高強(qiáng)度壓縮真空態(tài)注入至高新 LIGO 探測(cè)儀，于皓存首次直接觀測(cè)到了 200 千瓦激光在 40 千克反射鏡上所產(chǎn)生的量子輻射壓力噪聲效應(yīng)（QRPN）。這證明了量子反作用和海森堡不確定性原理在宏觀人類尺度上依然成立。接下來，利用高新 LIGO 中強(qiáng)光力系統(tǒng)耦合所產(chǎn)生的量子關(guān)聯(lián)（quantum correlation），于皓存實(shí)現(xiàn)了室溫下千克級(jí)反射鏡位移測(cè)量中突破 “標(biāo)準(zhǔn)量子極限”（SQL）的量子噪聲，這是“量子非破壞技術(shù)”（quantum nondemolition technique）在引力波探測(cè)儀中的首次實(shí)際應(yīng)用。
信息來源：DeepTech
