赵一航(左二)、王莘竹与指导教师董光炯(右一)、徐敏
教育部第二届基础学科拔尖学生培养计划2.0“提问与猜想”活动获奖名单公布,华东师大物理与电子科学学院赵一航的项目《聚集诱导发光中是否存在着超辐射效应?》(指导教师:董光炯、徐敏)获特等奖(全国拔尖基地仅2项),王莘竹的项目《如何实现对黑体辐射的主动量子调控?》(指导教师:董光炯)获展示奖。
赵一航、王莘竹都来自物理学拔尖学生培养基地,赵一航是2019级本科生,王莘竹是2020级本科生。
教育部第二届拔尖计划2.0“提问与猜想”活动自2022年6月启动,历时5个月,经高校推荐、专家评审、答辩交流等环节,从涵盖数学、物理学、化学等11个学科领域的101个项目中,产生了18个优秀项目,包括特等奖2项、一等奖5项、二等奖6项、展示奖5项,华东师大占有2席。
比解决问题更重要的,是“提问+猜想”
这次同学们参与的基础学科拔尖学生培养计划2.0(简称拔尖计划2.0)“提问与猜想”活动,旨在引导学生面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,发现和提出原创性问题、应答挑战性问题,以思维创新、方法创新、理论创新探索未知世界。
今年的活动分为学生自主探索版块和企业问题挑战版块,华东师大两个获奖项目均在自主探索版块参赛。
“要允许和鼓励学生的奇思妙想,尤其是跨学科的思考。锻炼学生透过现象看本质的穿透力。从不同的视角观察一个问题,可能会得到一些奇妙的结果。天马行空的思考之后,又要能够收回到物理原理上来,体会到万变不离其中的道理。”物理与电子科学学院副院长徐敏教授在谈及拔尖人才培养工作时这样说。
据赵一航介绍,《聚集诱导发光中是否存在着超辐射效应?》这个猜想,来自生活中最常见的现象——发光。发光材料性能的提升会带动生物医疗、电子器件、化工生产等方面的效率提升。而如何增强发光,也自然而然地成为了科学家不断努力突破的方向。
“我们提出了这项问题与猜想,希望通过对聚集诱导发光以及超辐射的共同作用的研究,得到可以优质、稳定的发光材料,并应用在生产实践当中。”赵一航谈到。
刚开始在对聚集诱导发光进行研究时,赵一航注意到,其宏观特性与物理学中的超辐射现象十分相似。因此他们便希望从物理原理的角度来验证猜想,并由此尝试不断提升发光材料性能的可能性。
在这一过程中,他们要解决聚集诱导发光本身的定性探测,以及对超辐射现象的存在性验证问题。当然,他们还要挑战对材料本身的发光强度、发光寿命进行不断地同步提升。
根据充分的文献调研和初步实验探索,他们发现,从微观层面来看一些聚集诱导发光现象的发光原理和超辐射现象存在相似之处。
在聚集诱导发光的典型样本——J聚集体、H聚集体中,都发现了广泛存在的超辐射现象。而来自聚集诱导的辐射跃迁理论,也存在进一步完善,并向超辐射靠拢的可能。
未来,他们会继续对这两种效应从原理到现象展开多方面探究。
探索之路从低年级开始,从未止步
项目指导教师董光炯谈道,赵一航和王莘竹从大二起就开始参与科研项目,在科研训练过程中逐渐形成了自己的想法。
赵一航提出开展聚集诱导发光研究,经过多次和导师讨论,独辟蹊径把聚集诱导发光和量子光学的前沿超辐射结合起来,并搜集实验证据佐证自己的猜想。
在赵一航看来,这次的“提问与猜想”活动,是对自己在科研、学业发展方向上的一次重要指导。
“通过与专家和其他优秀同学的交流,我了解了学科最前沿的研究课题,明确了未来的努力目标。感谢我的指导老师及物理系的多位老师,多个日夜对我的悉心指导。最后,也要感谢学校,为我们这样的本科生提供了优秀的科研平台,让我们能早早接触到最前沿的科技发展,并亲身参与其中。” 赵一航表示。
赵一航同学在开展实验
王莘竹在大一时就参加大学生物理学术竞赛,展现出很强的科研探索能力,在老师的鼓励下,他们一起开展了黑体辐射研究。
黑体辐射是物体的热辐射。黑体辐射虽然是自然界普遍的现象,但是上世纪对黑体辐射的研究导致了量子物理的诞生,迄今依然是精密测量、辐射冷却、量子计算等前沿研究中一个重要的科学课题。
王莘竹在导师指导下把朗道、金兹堡、利托夫等物理大家发展的半经典黑体辐射理论从电中性材料拓展到带电材料,通过大量阅读凝聚态物理相关文献,搞清楚了材料的能级结构和带电材料的辐射有关,并调研了黑体辐射的应用研究,发现现有的黑体辐射调控方式是被动的,因此提出了黑体辐射主动量子调控的科学猜想。
王莘竹回顾备赛过程时谈到:“这一年里,我在导师的指导下学习了大量新的知识,不断挑战自己,并在研究中积累了宝贵的科研经验。随着研究逐步深入,我对问题的猜想也愈加丰富,更多有待我验证与探索的内容便接踵而至。在将来,我将继续相应的研究,努力向问题的答案进一步靠近,收获更多的成果。”
卓越学术融合卓越育人,培养未来领军型的卓越英才
为从制度和文化上进一步夯筑拔尖学生成长土壤,华东师范大学在过往拔尖人才培养基础上汇聚全球优质资源,构筑卓越人才培养改革试验特区——卓越学院,特区覆盖10个拔尖计划2.0基地(含强基计划)、3个一流学科、8个文理科国家级科研基地,努力探索卓越学术融合卓越育人的有效路径。“
同学们在大学里要超越学科和专业的限制、超越理论和实践的限制、超越时空和条件的限制、超越世俗和时尚的限制,练就超越藩篱、超越局限的本领,这样才能立足学术和社会发展的最前沿,进而引领各个领域的发展。”华东师范大学校长钱旭红在谈及拔尖人才培养工作时这样说到,“创造从校园开始,这是优秀学长带给你们的宝贵启示。”
卓越学院作为跨学科、跨院系、跨部门、跨界交流平台,致力于营造师生共研、共创的良好生态,为拔尖学生提供自由成长的学术土壤。
卓越学院强化以项目为牵引,推动学生在做中学、悟中学。院士、长江学者、杰青、优青、国家级教学名师、行业产业专家等高水平人才担任拔尖班导师,国家级、省部级重点实验室完全开放,与中科院上海有机化学研究所、上海光学精密机械研究所等科研机构,华为等头部企业签订合作协议,共同开发、共享人才培养资源。
打造进阶式、全覆盖式科研训练体系:
大一阶段,兴趣启蒙,推动早进实验室、早进科研团队;
大二阶段,规范养成,接受系统科研训练;
大三阶段,创新提升,独立主持科研项目;
大四阶段,深化成果,形成一项原创性研究成果。
启动“未来领军英才卓越学术计划项目”,鼓励学生大胆提问、大胆猜想,随时支持有奇思妙想的学生开展学术研究,已支持28项。
设立卓越讲坛,常态化举行学术交流活动,营造一流的学术氛围与学术成长环境,目前已举行超35场,包括傅伯杰院士、陈发虎院士、王林发院士、何鸣元院士等领衔的名家讲坛,“全国历史学本科拔尖学生学术论坛”等跨校同辈交流论坛,在线观看人次约10万。
拔尖学生的专业兴趣、科研兴趣和创新精神得到了有效培养。近3年,华东师范大学拔尖基地学生发表学术论文近40篇,斩获“互联网+”金奖等国家级、省部级重要奖项400余项。
来源|教务处 物理与电子科学学院 编辑|吴潇岚 张雨璐 编审|郭文君