高宏:聚焦基础研究前沿实现理化学科跨越式发展【学科前瞻三十年】人类科学与技术的

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【学科前瞻三十年】

人类科学与技术的发展历史表明，物理、化学等基础学科的研究是革命性新技术的源泉，是新型产业形成和发展的基础。

随着世界范围内科学研究与技术的不断发展，原子、分子等微观尺度上的物质调控和功能设计已经成为当今物理和化学前沿研究在基础理论与技术方法方面的重要突破口。西安交通大学理学院凝聚学科力量，以创新港理化研究院建设为契机，面向基础性、战略性、前瞻性的重大科学问题布局未来发展方向，以生命、信息、能源、量子技术、新材料中的关键物理和化学问题为导向，瞄准表界面原子分子工程、量子科学与技术、生命物质及其调控与合成、聚变能源及其科学技术前沿、分子与微尺度结构调控及其功能化等五个国际学术前沿研究方向，从原子、分子、纳米等多个微观尺度研究物质不同层次结构、相互作用、精准合成和性能操控，揭示新规律和新效应，并牵引带动相关学科，在蓄势已久的重要基础和前沿领域催生更多的原创突破。

表界面原子分子工程

从原子与分子、微纳米尺度结构出发，开展物理、化学新原理与新方法研究，发掘结构可控、功能可调的新物质和新物态，是物理、化学与材料等学科所共有的共性关键科学问题，亦是信息、生物、新材料、新能源领域前瞻性、交叉性和变革性发展的原动力。学院顺应学科发展趋势，结合表界面工程领域的研究积累，布局原子与分子尺度表界面结构与性能调控，超分子与微纳结构可控合成及性能研究，发展原位表征技术和第一性原理计算方法等方向，以求揭示光子、电子、原子和分子在表界面及物质中的输运、转化及相互作用的物理化学原理。从而在新能源领域，解决氢能、太阳能、风能、生物质能的产生、绿色高效转换及其长效、高能量密度、高功率密度存储与输运的物理化学关键科学问题，支撑新能源技术开发及大规模应用中的重大原理与技术突破;在微纳器件及半导体功能材料领域，解决电子电荷在微纳尺度表界面输运、多维半导体纳米材料生长行为及能带结构调控等关键科学问题，支撑电子信息技术、微纳器件、微纳尺度光、电、化学和生物传感领域的应用与技术变革;在非晶和纳米晶材料领域，解决非晶结构、晶界、晶粒尺寸和纳米第二相等局域显微组织微区的萌生和发展过程，高有序金属间化合物及磁性智能材料的基本物性等关键科学问题，支撑先进电、磁功能材料、智能材料的应用与技术变革。

量子科学与技术

量子科学作为现代物理学的两大基石之一，引领了上世纪诸如半导体、光通信、核能等革命性技术的发展。以精准操控光子、电子、原子等量子系统为特征的量子技术的迅猛发展，开启了量子科学下个一百年的"二次革命"。针对具有量子特性器件的研发，将产生一系列颠覆性技术，如量子信息、量子计算以及超越经典物理极限的高精密测量技术等。这将会促使人类从经典技术跨越到量子技术,并开创科技及社会发展的新时代。研判未来三十年量子科学的发展趋势，学院将以实现量子态调控为目标，构建和发展新型信息、通讯和光学探测技术与方法，开展新奇量子态、光量子存储、固态量子计算、高维量子通信、量子多体动力学、超高分辨光学遥感探测等前沿课题研究，揭示量子可控系统的基本规律与机制，解决量子通讯、量子计算、量子多体、地球探测、深空探测的物理关键科学问题，抢占高维量子计算、拓扑量子计算、固态量子计算和高密度量子通信和空天探测的科技制高点，支撑新一代信息与通讯技术和空天探测技术的重大突破，为我国在当下愈演愈烈的量子霸权之争中抢占先机。

生命物质及其调控与合成

生命物质运行规律和基本结构功能原理的揭示和应用，是回答生命起源与演化和人类健康相关核心科学问题的根本途径，是满足人口健康、医疗康复、现代农业、国家安全等重大需求的战略保障，也是当前基础学科在生命领域深入的重大历史机遇。学院根据生命物质研究的发展趋势，借助蛋白质科学研究设施等国家大科学装置和省部级科研基地的支撑，结合物理和化学学科自身特点，在生命物质结构与功能、生命物质调控与合成、新一代智能生物药物等重大基础科学问题、重大技术方法和重大应用基础等3个层次进行部署，聚焦新一代多尺度结构探测、大尺度系统组织动力学、绿色精准可控合成等基础理论与方法，面向遗传、代谢、免疫、肿瘤等生命现象机理和相关疾病机制开展研究工作，产出国际领先、具有长远影响的标志性成果，占领国际科技研究的制高点，实现生命物质原创性基础和理论研究的突破，牵引相关学科实现跨越式发展，为新一轮科技革命和产业变革提供源头供给和战略保障。

聚变能源及其科学技术前沿

能源事关国家重大战略，也是人类社会发展面临的重大难题;聚变能源环境友好且取之不尽用之不竭，是最终解决人类能源问题的理想途径和主要希望所在。经过半个世纪的不懈努力，惯性约束聚变和磁约束聚变均取得了一系列重大成果，中国作为该领域的新兴科技大国，逐步掌握了其中一些关键科学技术问题，并相继启动和建议了一系列大型设施，例如"神光四"大型激光聚变装置(SG-VI)，"十二五规划项目"强流重离子加速装置(HIAF)，未来中国聚变工程实验堆(CFETR)，一些新型的聚变方案也在中国提出和立项。随着中国该领域人才力量、技术力量和平台设施等不断加强，可以判断，未来30年，中国必将成为聚变能源科学技术研究领域的引领者。理学院将围绕聚变等离子体中的粒子输运和辐射性质等若干关键科学技术问题开展持续研究，广揽人才，参与或主导若干重大项目，建设聚变科学技术创新研究中心，逐步在加速器、强激光、强电磁场和强辐射场等方面形成鲜明特色和优势。

分子与微纳尺度结构精准调控原理和技术

分子与微纳尺度的结构决定材料的关键性能，以精准操控分子和微纳尺度结构为特征的分子及微纳制造技术，是物理学、化学的国际学术研究前沿领域，未来三十年内将产生带有颠覆性的新原理和新技术，如分子机器和微纳制造等，将会深刻影响科技以及社会的发展。基于在物理、化学基础研究领域的优势，学院规划通过物理、化学方法实现对分子构型以及微纳尺度的结构的精准控制，从而合成具有光、电、力、热、磁和生物响应的有机/无机功能材料、新型相变材料和自旋耦合材料，解决可控合成与构效关系等关键科学问题。这一方向拟建立新能源材料化学西安市重点实验室和陕西省重点实验室等科研创新平台，打造一支有规模、结构与素质合理的多层次科研人才队伍和优秀创新团队。通过持续的努力在精准合成、分子操控与微纳尺度精确调节的新原理和新技术等方面的研究达到国际一流水平，满足国家重大需求。

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作者简介:

高宏，理学院院长，2015、2016年度国家自然科学奖物理与天文学组会评专家

邮箱:honggao@xjtu.edu.cn

学院简介:

西安交通大学理学院历史悠久，其前身是创建于1930年的交通大学科学学院，1937年更名为理学院，1994年恢复理学院建制。理学院现有物理和化学两个一级学科。学院长期以来承担全校大面积物理、化学理论和实验教学以及物理和化学专业教学,建设有国家级教学基地3个(国家工科大学物理教学基地、国家物理实验教学示范中心、国家物理拔尖人才培养计划)，省部级教学基地3个(陕西省物理专业实验教学示范中心、陕西省化学实验教学示范中心和陕西省化学虚拟仿真实验中心)。科学研究方面，学院设有教育部物质非平衡合成与调控重点实验室、科技部新材料国际研发中心、陕西省先进功能材料及介观物理重点实验室、陕西省量子信息与光电量子器件重点实验室。学院现有国家外专千人1人、中组部青年千人2人、中科院"百人计划"1人、陕西省"百人计划"、"千人计划"4人，优秀青年基金获得者1人、教育部新世纪优秀人才2人、教育部新世纪优秀人才11人，陕西省"特支计划-教学名师"1人，省级教学名师4人。

高宏:聚焦基础研究前沿 实现理化学科跨越式发展

高宏:聚焦基础研究前沿实现理化学科跨越式发展