新闻资讯 》 新闻速递

展开了美好的发展蓝图。


前不久,香港城市大学及中国科学院(中科院)高能物理研究所合作成立中子散射科学技术联合实验室。这是香港唯一研究中子散射的实验室,旨在加强与位于东莞的中国散裂中子源在专才培训、科研及设备上的合作,并将引领香港在中子散射这个极具潜力领域的发展。

2019年2月,该联合实验室在香港城市大学揭牌,中国科学院院士陈和生,香港城市大学校长郭位等多位代表出席了揭牌仪式,诺贝尔奖获得者杨振宁先生携同夫人应邀出席,见证了双方之间的合作。

这一切的主要功臣之一,便是香港城市大学物理学系系主任兼讲座教授王循理。他的主要研究方向包括材料力学以及新材料的开发等。20191月,王循理教授团队及合作者采用中子散射、同步辐射等实验手段,探明了Pd基金属玻璃中潜在相变过程的微观机制,并且成果在Nature Communications发表。


image.png

王循理教授 1985 年获北京大学物理系学士学位, 经CUSPEA 项目赴美,1992 年获美国爱荷华州立大学物理系博士学位。


王教授现任香港城市大学物理学系讲座教授及系主任,是中子散射和同步辐射研究领域的国际专家。来港之前,王教授在美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)工作 20 年,一直从事中子散射方面的研究,并成为ORNL 的资深研究员(Distinguished Research Staff),田纳⻄大学兼职教授。在此期间,王教授领导的研究组负责Spallation Neutron Source (SNS)和 High Flux Isotope Reactor (HFIR)中的 8 个设备,同时他还担任工程衍射仪(VULCAN)的设备首席科学家和项目负责人。据 ORNL 新闻稿报导,集资1600 万美元筹建的 VULCAN 设备常被用户誉为“完美的实验仪器”。自中国散裂中子源筹划以來,王教授一直关注中子源的建设。2015 年起得到香港裘槎基金会计划支持,与高能物理所开展中子散射科学技术全面的合作, 2019 年二月,成立了中国科学院-香港城市大学中子散射联合实验室。2020 年一月联合中国散裂中子源,香港城市大学,东莞理工学院,澳门大学发起成立了广东省粤港澳中子散射联合实验室,任香港方面执行主任。


王教授的主要研究领域包括材料相变,力学性能以及磁性,已在《Science》、《Nature Materials》,《Physical Review Letters》等发表学术论文 200 余篇,应邀作特约报告 100 多次。早期工作获美国焊接协会 A. F. Davis 奖章。2006 年获国家基金委杰⻘(B 类), 2009 年被中国教育部授予长江讲座教授, 2010 年当选为美国物理学会会士 (APS Fellow) ,2015 年发起高登中子散射会议(Gordon Research Conference on Neutron Scattering) ,并担任首届会议主席, 2017 年当选为美国科学促进协会会士 (AAAS Fellow),2018 年获中国科学院金属所李薰讲座奖, 2020 年当选为美国中子散射协会会士 (NSSA Fellow)。



为什么要建立散裂中子源?

image.png


王循理教授及其所供职的香港城市大学物理学系 


王循理教授首先介绍了散裂中子源的优势。

“说到中子,人们最先想到的可能是反应堆,其实还有一个概念是散中子源,这两者产生中子的机制非常不一样。一提起反应堆,大家都比较紧张,因为反应堆比较难控制,一旦失去控制就会变成切尔诺贝利那样的灾难。”

“而散裂中子源的基本原理,是用高能强流质子加速器产生能量1GeV以上的质子束,轰击重元素靶(如钨或铀),在靶中发生散裂反应,产生大量的中子。当一个高能质子打到重原子核上时,一些中子被轰击出来,这个过程被称为散裂反应。”

“这项技术比较新,世界上只有几个国家才有这种技术,主要是美国和日本,较早的有英国,中国是第4个。”

image.png

关于材料结构研究方面,散裂中子源有独特优势,因其测量方法有所不同。“如果在欧洲再建个反应堆几乎是不可能的,因为反应堆不太容易控制,风险较高,绿党也会因此提出保护环境方面的质疑。而散列则安全许多,因为散裂是靠质子加速的,只需电源切断即可控制过程。一关掉开关,整个反应就停止了。所以,欧洲目前正在建立最大的散裂中子源,瑞典、德国的绿党也都支持散裂中子源。”


王循理教授表示,散裂带来了巨大价值,因为它解决了很多反应链上的问题。“首先,中子衍射具有价值,因为中子相当于一个显微镜,让你看到材料里面原子的排布,又有点像X光,“X光”打到材料上,材料上会反映出散射的光谱。通过分析它散射的谱,就能解出材料里面的原子结构,即可看出材料里的原子是如何排列的,这种排列决定了材料的性质,包括材料的强度,发光性质,甚至是超导性质,这些都和中子衍的结果有关。

  “另外,中子有磁矩,这是一个独特的性质,其他材料都没有。磁矩能够帮助我们研究材料里磁结构的排布,我们可以测出材料里磁矩间的相互作用,这与很多信息储存材料都有非常紧密的关系。”

    

“另一个应用是功能材料,比如电池。中子用来研究电池也很多,其中一个优势就是中子和材料的相互作用较弱,穿透力极强,这就可以用来研究不光是材料,而是整个部件。”


此外,中子对X光、电子显微镜很难看到的小原子可以看得很清楚,比如对氢、氧的原子都比较敏感,这有什么好处?我们知道很多蛋白和人体之间的相互作用都是有很多氢原子在里面的,所以中子不光可以研究结构,也可以研究氢原子在人体或在环境中是如何传播扩散并和其他的物质相互作用的。"

王循理教授表示,目前中子的研究还没有形成大的气候,但未来有许多可观的发展方向,比如在新药物的开发方面,中子会起到很独特的作用,如可以研究老年痴呆症等等。
 
 
推动中子事业蓬勃发展,
受到杨振宁教授大力支持

image.png


王循理教授多年来一直致力于中子散射技术研究,在该领域内建树颇多。

image.png


此外,因为城大跟散裂中子源的合作密切,王教授团队在裘槎基金会的资助与科学院成立了联合研究所(Joint Lab on Neutral Scattering),主要进行中子散射科学技术方面的联合研究。2018年,科学院对一批其认可的联合实验室进行了专业评估,王教授领导的联合研究所作为5个新实验室之一的实验室,被科学院正式认可,且排在第一名。

image.png


(左起)郭位教授 、王循理教授、陈和生教授和杨振宁教授主持联合实验室揭幕仪式。

2019年2月,该联合实验室在香港城市大学揭牌,杨振宁先生亲自参与了揭牌仪式。

image.png

郭位校长参观东莞的散裂中子源加速器隧道,王循理教授与中科院高能所所长王贻芳院士做讲解。


“杨先生对我们很关心,他也去过散裂中子源多次,表示东莞散裂只是国家大湾区布局的一部分,今后还会发展南方光源。南方光源主要致力于同步辐射,现正在筹划中,造价大约30-50亿左右。有中央和地方政府的支持,我们对未来的前景充满信心。”

image.png

“这是整个大湾区规划的一部分,也就是说,以后大湾区会有一个成规模的综合性国家科学中心,它不只是一个实验室,而是整个系统,有点像美国的国家实验室,目前内地计划有4个点——北京怀柔、合肥、上海张江,及大湾区。”


王循理教授对散射中子技术在大湾区的发展前景持乐观态度:“布局已经开始形成格局了。你看在松山湖,有散裂中子源,有松山湖实验,香港城市大学也在那里建设了第二校区,从城大到南方光源也就三公里的样子,在同一条公路上,在这三公里的地带密集了4个世界一流的高校科研基础设施与科研单位,所以这里已经形成了一个大局势,将来会成为大湾区国家科研中心的重要部分。”      

image.png

“在这方面,国内进步非常快,比如上海光源,几年前出光之后就连续出了不少优秀成果。南方光源比它还要高一个量级,致力于下一代工业的革新,它会取得怎样的成就,我们现在还没法想象。”


王循理教授对未来非常看好,“在这方面我们有一些经验,也在从事南方光源在材料方面的筹集工作。我觉得东莞会成为一个世界级的综合性国家科学中心,可能只要5年之后,境况就完全就不一样了。”

在中子技术研究专业方面,香港已经拥有丰富的人才储备,且东莞中子源近在咫尺,更加有利于研究发展。“我们把自己用知识武装起来,把学生训练好,do something different,就可以作为中子研究的最大受益者。”
 
 
不断更新,不断进取,
人生充满从无到有的建立



说起为什么要选择研究中子衍射这个课题,王教授表示:“这挺有意思,最早是我在北大读书时上了一门中级物理实验课。我们老师叫杨威生,刚从美国Brookhaven实验室回来,年轻有为,全身打扮都很洋气,三言两语就冒出个英文出来,我们当时都非常佩服他。课上有一个实验是用X光来测一个晶体的结构,我们用的还不是数字化仪器,而是很老的胶片,用X光照样品,就会出现一个光谱,记录在胶片上,而且胶片原来是圆的,当时我就记住这个胶片了。杨老师告诉我们,通过测量光谱之间距离就能够确定原子之间的排列或距离。”


“我记得杨老师说,你看我们只需拿一把破尺,通过测量胶片上X光谱之间的距离,就能够量出原子排列的间距,在10的-10次方米左右,我觉得太奇妙了,当时就特别想学这方面的技术。”


1985年,王循理教授获北京大学物理系学士学位,随后考上了李政道和中国物理学界合作创立的中美联合培养物理类研究生计划项目(CUSPEA,China-U.S. Physics Examination and Application), 成为了赴美留学精英中的一员。

image.png

王教授在美国读书时与老师的合影


“去美国前,选学校时我专门选择了做中子衍射的导师,当时不知道为什么,就是对X光中子衍射特别感兴趣。” 

1992年,王循理教授获美国爱荷华州立大学物理系博士学位。“在做博士论文的过程中,我去阿拉贡国家实验室待了两年,这两年对我受益匪浅,因为那里有很多非常专业的科学家,我因此认识了很多来访问的人,包括夏天的学生,很多现在仍在与我共事合作的人都是那个时候认识的。”

此后,王循理教授去橡树岭国家实验室攻读博士后与工作,一做就是20年。在此期间,王教授领导的研究组负责Spallation Neutron Source (SNS)和High Flux Isotope Reactor (HFIR)中的8台谱仪的运行,同时他还是另外一个工程衍射谱仪(VULCAN)的首席科学家和项目负责人。

image.png

主持建立谱仪是一个大工程,造价1600万美元,耗时十年,历尽艰辛。但对于王循理教授来说,这是一段非常珍贵的经历。“虽然付出很多,但我很喜欢build something带来的成就感。”


“以前那里还是一片绿地,连路都没有。我和同事们在山上建立了散列中心,完完全全看着散裂中心从零开始拔地而起。开幕的时候,时任美国副总统戈尔亲自来参加典礼,那是1999年12月15日,我记忆犹新。”

建立谱仪是个全面考验人的过程,除了技术研发和管理团队,还有一项重要的任务便是融资。“仪器的建立受益于各方的资助,尤其是加拿大方面,资助了我们1200万美元。同时美国能源部、美国国家自然基金会也分别资助了我们200万美元。对于我们这些做学术的人来说,写proposal、争取经费等一系列融资的过程很锻炼人,但也很有意思。” 

image.png

加拿大方面2008年寄给王教授的最后一张80多万美元的支票,王教授觉得很有纪念意义,将它放大出来好好珍藏。


谱仪的建设很成功,具有里程碑式的意义。据ORNL新闻报导,集资1600万美元筹建的VULCAN设备常被用户誉为“完美的实验仪器”。此后,王循理教授曾多次受命于美国能源部基础科学部,为美国洛斯阿拉莫斯国家实验室先进中子源和阿贡国家实验室同步辐射中心的评审委员会担任评委。


在事业巅峰之时,王教授并未留恋美国的功名。他来到香港,2012年起任香港城市大学物理系讲座教授及系主任。


“当时物理系和材料系还是在一起的,我来了之后,前5年雇佣了十几个教授,所以整个物理材料系包括我自己在内,近一半都是新人。”2017年,物理与材料分为两个系,物理系的教授们得以专攻物理方面的基础科研,一切在有条不紊地发展中。


“我们那个时候只有12个教授,也有人陆续退休,所以这又是一个更新的过程,我们重新再建设物理系,start another building process,it's something new。”


此外,王教授于2015年发起中子散射戈登学术会议(Gordon Research Conference on Neutron Scattering),并担任首届会议主席,这是一系列有关中子散射的世界级最高规格科学会议,对中子研究的发展起到了极大的驱动及领导作用。

image.png

2015中子散射戈登学术会议纪念证书

image.png

王循理教授把自己的人生奉献给了研究、探索与建立,业界贡献无数。


“我们也经常跟学生说,别人做过的事情你可以做,但没有太大意思,do something new的过程中可能会遇到特别大的困难,但只有做这种新的事情才有挑战和乐趣,可以创造新的价值。”

“Do something new,do something different”。
 
部分图片来自香港城市大学新闻中心、CityU Today今日城大




#清新.前沿.国际范# 
香港城市大学EMBA


报读香港城市大学EMBA中文

申请入学