物理科学学院 物理学院

        美国显微学会（MSA）于近日宣布，中国科学院大学物理科学学院周武教授荣获2024年度伯顿奖章（Burton Medal）。该奖项旨在表彰周武教授在单原子分辨电子显微分析技术领域的突出贡献，以及他在材料科学应用研究中取得的系列原创成果。

        周武教授深耕高分辨电子显微学领域多年，发展了具有单原子分辨能力的低电压扫描透射电子显微镜（STEM）定量成像和电子能量损失谱（EELS）分析技术。他的开创性工作突破了现有技术的分析极限，实现了对功能材料的单原子尺度直接观测和定量分析，帮助深刻揭示原子尺度结构与材料性能之间的内在联系。他的研究成果为二维材料与器件、量子材料以及能源催化材料的原子尺度研究开辟了新的途径，对推动新型二维电子器件和能源材料的研发具有重要意义。

        伯顿奖章作为国际电子显微学领域最具声望的奖项之一，自1975年设立以来，每年授予一位在电子显微学和显微分析领域做出杰出贡献且年龄不超过40岁的科学家。在过去50年里，仅有七位华人学者曾获此殊荣，周武教授是首位在中国本土工作的获奖者。这一奖项不仅是对周武教授个人科研成果的高度肯定，也反映出中国在电子显微学研究领域日益增强的国际影响力和创新能力。

        该奖项于2024年7月28日至8月1日在美国俄亥俄州克利夫兰市举行的美国显微学会年度学术盛会——“显微学与显微分析2024大会”（M&M 2024）的开幕式颁奖典礼上正式颁发。

更多信息请访问MSA官方网站和MSA新闻发布。

媒体报道：
【中国新闻网】中国学者获得2024年度美国显微学会伯顿奖章

【光明日报】中国科学院大学物理科学学院周武教授荣获2024年美国显微学会伯顿奖章

【科学网】国科大教授周武荣获2024年美国显微学会伯顿奖章

【中国青年报】中国科学院大学教授获2024年美国显微学会伯顿奖章

       材料的声子色散曲线（晶格振动频率与动量空间中波矢的关系）是描述晶格振动规律的重要图像，在理解材料的热传导、超导性质和结构相变等机制中发挥着关键作用。直接测量声子色散曲线要求测量手段具有高动量分辨能力，以区分不同波矢下的振动频率差异。早期研究者利用非弹性X射线/中子散射谱、高分辨反射式电子能量损失谱等技术对材料中的声子色散关系进行了大量研究。然而，由于入射源波长的限制，对局域纳米结构进行高空间分辨的声子色散测量仍是一个不小的挑战。近年来，得益于扫描透射电子显微镜（STEM）中电子单色仪的应用以及STEM中灵活的电子光学设定，动量分辨的扫描透射电子能量损失谱（STEM-EELS）技术因其兼具空间分辨、动量分辨和能量分辨的独特优势而广受关注，成为研究材料中局域晶格振动特征的重要表征手段。值得注意的是，动量分辨STEM-EELS所得振动谱的强度会沿倒空间不断变化，这与入射电子与晶格间发生非弹性散射的散射截面相关。因此，发展动量分辨STEM-EELS以实现局域结构中声子色散曲线的直接测量，同时开发先进的声子谱理论计算方法以精确解析STEM-EELS谱中振动信号的物理含义，对深入理解高能入射电子与晶格振动之间的相互作用以及揭示材料中与晶格振动相关的特殊物性具有重大的研究意义。

       近期，中国科学院大学的周武教授研究团队结合动量分辨STEM-EELS振动谱和冷冻声子多片层模拟方法，成功揭示了单层石墨烯在多个布里渊区范围内不同Γ点处光学声子信号系统性消失的机制。图1显示当石墨烯Γ点（hk0）的指数满足h+2k=3n的关系时，该点处光学声子信号消失。根据基于van Hove formalism理论的EELS振动谱散射截面公式，该研究团队认为该系统性消光现象是由于晶胞内两个碳原子上产生的非弹性散射信号发生完全相消干涉导致。在之前的STEM-EELS振动谱理论研究中，不同原子上产生的散射信号之间的干涉通常被认为是一项可忽略的因素，而在本研究中，周武教授研究团队通过实验首次揭示该因素在石墨烯光学声子信号系统性的消失中扮演关键角色。

图1 不同动量空间处的石墨烯声子色散实验结果。

       该研究团队进一步认为，类似的光学声子系统性消失现象应当普遍存在于由相同元素的对称原子对组成的材料中，并在金刚石体系中进行了验证。然而，在金刚石[110]带轴下，本该发生系统性消光的（220）处却出现明显的光学声子信号（图2）。对于上述现象，该研究团队认为对于具有一定厚度的块体样品，多重散射是入射电子与样品之间相互作用中不可忽略的因素，而这不在基于van Hove formalism理论的EELS振动谱散射截面理论的范围内。该研究团队还通过冷冻声子多片层模拟方法对不同带轴的金刚石样品的声子色散进行模拟，得到其在不同厚度下光学声子信号的强度变化趋势（图3），从而对厚样品中多重散射对于声子信号的调制作用进行系统描述。

图2 金刚石声子色散实验结果。

图3 金刚石声子色散模拟结果。

       上述研究结合先进的动量分辨STEM-EELS实验方法和冷冻声子多片层模拟方法揭示了石墨烯中特定Γ点处光学声子信号消失的机制，重点突出了源于不同原子的散射信号间的干涉对于振动谱信号的影响，并将该理论推广至其它由相同元素的对称原子对组成的材料中。此外，该研究还首次从实验角度证实了多重散射对于厚样品振动谱信号的影响。上述研究展示了光学声子信号系统性消失和入射电子在材料中的多重散射对STEM-EELS振动信号的调制，对于正确解析样品局域结构处的振动谱具有重要意义。

       该研究成果以“Systematic Absences of Optical Phonon Modes in Phonon Dispersion Measured by Electron Microscopy”为题发表2024年7月22日的Physical Review Letters上（https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.046101）。中国科学院大学的周武教授与瑞典Uppsala大学Ján Rusz教授为共同通讯作者，中国科学院大学18级博士生李傲雯为第一作者。该论文的共同作者中还包括Uppsala大学的Paul M. Zeiger博士以及在读学生何祖贤、中国科学院大学已毕业的博士许名权和中国科学院大学卓越客座教授Stephen J. Pennycook。该研究工作获得了北京高校卓越青年科学家计划项目和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等资助，以及国科大电子显微学实验室的支持。

       为增进国内高校优秀生源对中国科学院大学（简称：国科大）物理科学学院的了解和认识，2024年7月10日-12日中国科学院大学物理科学学院2024年“凝聚态物理”夏令营在雁栖湖校区举办。

       此次夏令营共有来自中国科学院大学、北京大学、北京科技大学、南开大学、大连理工大学、山东大学、吉林大学、兰州大学、湖南大学等数十所国内著名高校的143名优秀大学生报名参加。根据学校和学院相关通知精神、结合学生综合素质，经过层层筛选。最终有19名学生通过选拔，成为夏令营营员。

图1. 2024年国科大物理科学学院凝聚态物理大学生夏令营合影

       7月11日上午，物理科学学院姜丽丽老师主持夏令营开营仪式，学院招生科研秘书郝文钰老师出席参加并向营员介绍了学院概况、师资队伍、学术氛围以及研究生招生等情况。随后，周昕、路红亮、毛金海及罗瑞春（周武课题组）等四位老师还为营员带来了精彩的学术前沿讲座，极大地激发了营员们的学术兴趣。在夏令营期间，营员们积极互动提问，与各位老师交流与探讨，碰撞出新的火花。

图2.姜丽丽老师主持夏令营开营仪式

图3. 郝文钰老师介绍物理科学学院

图4. 周昕老师给营员做报告	图5. 路红亮老师给营员做报告
图6.毛金海老师给营员做报告	图7. 周武课题组代表罗瑞春给营员做报告

       7月11日下午，各导师与营员们进行面试与交流，综合考察了营员的英语水平、基础知识以及科研实践情况后，邀请各课题组在读研究生与营员们分享自己的研究生生活。

       通过为期3天的线下交流，夏令营营员们不仅充分领略了国科大优美的校园环境、浓厚的学术氛围，还感受到了物理学院雄厚的师资和良好的学习科研环境。同时，本次夏令营对于提高我校在全国高校大学生中的知名度以及提升研究生生源质量上起到了非常重要的作用。