李江宇：打磨通向纳米世界的“手”，揭开材料结构奥秘

“如果我们能够按自己的意愿排列原子，将会出现何物？这些物质的性质如何？”早在1959年，诺贝尔物理学奖得主、著名物理学家理查德·费曼就曾提出这个问题，虽然当时的科技水平尚无法突破这一难题，但他从未怀疑人类有这样的潜力。

如今，随着纳米和显微技术的快速发展，费曼的设想已经成为现实。中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）纳米调控与生物力学研究中心主任李江宇研究员，致力于扫描探针显微方法的研究，在纳米层面解析并调控功能材料的结构与性能。

个人简介

李江宇在中科院深理工首届全球招聘会上作为代表发言

1994年李江宇毕业于清华大学材料物理专业，同年赴美国科罗拉多大学机械工程系学习，于1996年获机械工程硕士学位，1998年获电子工程硕士学位，1998年8月获机械工程博士学位。同年赴加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究，次年转入加州理工学院。

2001年8月被聘为内布拉斯加大学林肯分校助理教授。2004年获美国机械工程协会智能材料与结构2003年度最佳论文奖，2003年度内布拉斯加大学研究成就奖。他是本年度内唯一获奖人，也是该奖设立以来最年轻的获奖人。后主持两项美国自科基金项目，两项美国陆军研究项目，一项美国化学学会石油研究基金项目，一项内布拉斯加研究基金项目。

已在权威的Science(影响因子为41.058)，Nat.Mater(影响因子为35.749)，Phys.Rev.Lett.(影响因子为7.035)，Appl.Phys.Lett.(影响因子为4.049)，ActaMater.(影响因子为3.059)，JMPS(影响因子为2.885)等国际专业杂志发表200余篇学术论文，被引用余万次。

打磨通向纳米世界的“手”

“材料科学关注的核心问题是结构与性能间的关系，材料的微结构深刻影响其性能。目前，高性能透射电镜等显微技术已经能够在原子尺度乃至亚原子尺度确定物质的结构、成分、物相等。”李江宇介绍道，“这就像我们的眼睛，能非常清楚地分辨材料的结构。但我们还需要一只手，能在这个尺度感知材料的性能，并对其进行调控。”

近十年来，纳米材料因其诸多的优越性能已发展成为研究热门，然而由于实验手段的缺乏，在纳米尺度下材料的结构与性能关系尚不十分明了，这阻碍了纳米材料进一步走向更广的应用。因此，亟需发展新的技术方法，在纳米尺度对其物性进行测量、对其结构进行操纵。李江宇团队在过去十年中便致力于此。

“我们研发的扫描探针方法能够在10纳米的空间精度下，定量测量材料的各种响应，如优于0.01K的温度分辨，同时还能够分辨响应所对应的微观机制，这是我们的独特之处。”李江宇说道。

揭开钙钛矿电池结构之谜

利用扫描探针技术，李江宇团队在热电材料、铁电薄膜、固态电池、生物体系等领域做了一系列研究探索，钙钛矿太阳能电池是其中之一。

钙钛矿电池被认为是新能源领域的下一个颠覆者，在短短十年内，其光电转化效率已从最初的3%提升至25%。尽管如此，从材料科学角度而言，其最基本的晶体结构仍存在着很大争议，一部分人认为它是极性的，而另一部分人则认为它是非极性的。两大阵营都有实验数据支持自己的观点。

“这两种可能的晶体结构差别非常细微，最先进的透射电镜、X光衍射等结构表征方法都难以分辨。”李江宇表示。这一难题在扫描探针下迎刃而解。

利用扫描探针观察到的极性非极性交替现象

“两种结构在扫描探针下的力电响应有着非常显著的差别。经过大量实验，我们惊喜地观察到晶体中极性与非极性交替并存的现象。”这一发现为该领域争议已久的问题找到了答案，相关论文在2018年发表于自然子刊npjQuantumMaterials上，“这是我们近两年最得意的工作，”李江宇笑称。

结语

在全职回国加入深圳先进院前，李江宇已在美国学习工作了整整25年。回国前已是华盛顿大学终身教职的正教授，曾担任该校机械系主管科研的副系主任。

在谈及为何放弃了美国高校优越的科研条件和待遇，选择归国投身祖国科研事业时，李江宇分享道，“在美国的生活虽然舒适，但始终没有归属感。”回国搞科研，李江宇希望能够抓住高速发展的下一个十年，为祖国的科研事业及人才培养贡献自己的力量。

参考来源

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中国科学院、百度百科、深圳先进技术研究院

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