點亮稀土，不負人生
——記吉林大學電子科學與工程學院副教授周東磊

杜月嬌

變幻莫測、流光溢彩的城市燈光是現代文明的美麗標志，神奇的光不僅將人類的世界從黑暗帶向了光明，而且打開了人類的視野和思路。回溯過往，法國物理學家亨利·貝克勒在1896年發現元素放射性光線，從此人類開始研究自發光材料。百年來，人類對自發光材料的研究逐漸深入，目前正在利用稀土元素激活鋁酸鹽、硅酸鹽等無輻射的高科技產品。這些材料改變了自發光產品無法大范圍應用的歷史。

稀土具有特殊的電子層結構，有著一般元素所無法擁有的光譜性質，可以產生多種多樣的輻射吸收和發射，構成廣泛的發光和激光材料。因此只要談到發光，幾乎離不開稀土。而隨著稀土分離、提純技術的進步，以及相關技術的促進，稀土發光材料的研究和應用得到顯著發展。來自吉林大學電子科學與工程學院的副教授周東磊正是研究稀土發光的青年力量。他期待用自己的研究成果不斷拓展稀土應用的領域，讓稀土的光芒更加閃耀。

十年寒窗 撥云見光

周東磊出生在農村，父母都是地地道道的農民，沒有固定的收入來源，父母曾經營過果園、畜牧養殖、種植草藥，但因為缺乏專業的知識，全以失敗告終。一家人靠著一畝三分地維持生活，日子過得簡單平淡。

周東磊在實驗室

父母告訴周東磊，“知識改變命運，讀書是唯一的出路”，堅持供他讀書。周東磊沒有辜負父母的辛苦付出，他性格要強不服輸，成績永遠是年級第一。高中時，為了激勵自己，他在心里默念“優秀是一種習慣”，并把這句話刻在了書桌上。“它是潛意識里的一種心理暗示，當我想要放縱不努力的時候，只要看到這句話，我就會暗示自己要努力。”周東磊說。

除了學習刻苦努力，周東磊還喜歡鉆研，有一個“科研夢”，凡事喜歡問為什么。2009年，抱著對科學的向往，勤奮刻苦的周東磊考入吉林大學電子科學與工程學院半導體化學實驗班，這一實驗班每年選拔30名優秀的本科生，致力于從本科開始培養更加具有科研素養的學生。實驗班為周東磊的科學夢想插上了飛翔的翅膀，進入實驗班后，周東磊像海綿一樣吸收各個交叉學科的知識，為日后科研工作的開展打下了牢固的基礎。2013年9月，他被順利保送研究生，成為吉林大學第一屆本碩博連讀的學生。這也是他科研人生的開始。

九年進取 點亮人生

在此之后，周東磊跟隨導師宋宏偉研究稀土元素發光過程的機理及應用。稀土離子發光在實際生活中的應用非常廣泛，但隨著科技的更新迭代，使得稀土在很多領域被逐漸替代。解決稀土發光材料的自身缺點，比如它的發光效率還不夠高、吸收截面小，成為周東磊的主要研究課題。他和團隊通過調控稀土發光的局域光場環境等外在的手段提高稀土的發光強度，讓它能在照明顯示、太陽能電池或者是在光纖探測器等不同器件上得到全新的應用。

周東磊調研了大量的文獻，他在《自然》（

Nature

）的一篇報道中發現，除了金屬離子之外，半導體表面等離子體材料也可以調控稀土發光的躍遷概率。受此啟發，他首次使用半導體等離子體納米晶調控稀土上轉換熒光，發現了稀土上轉換熒光增強的新機制，一定程度上解決了稀土發光固有難題。通過半導體納米晶的多重物理效應，他和團隊最終獲得了超過3個數量級的熒光增強，并拓展了其在防偽顯示、文件加密和太陽能電池等領域的應用。

雖然這項研究的成果有很重要的意義，但過程布滿了荊棘，周東磊一度到了崩潰的邊緣。還記得那年的暑假，為了總結新的作用基質，他獨自留在辦公室查資料做實驗，卻沒有得到任何進展。不服輸的性格讓他從來不會輕言放棄，“因為沒有人可以幫我解答，就只能靠自己了”。最終經過兩年的探索，周東磊厚積薄發，一系列科研成果在國際知名期刊陸續發表。堅持不放棄是周東磊科研生活的真實寫照，解決了他心里的一個個學術難題，也撥開了籠罩在稀土發光問題上的謎團，走出了一條屬于他的科研道路。

不破不立 終獲成功

2017年，周東磊開啟了新的研究工作。“稀土發光受晶場局域環境影響很大，正所謂不破不立，能否開發一種新的基質材料，構建新的稀土發光材料體系？”這個想法促使周東磊努力尋找新的基質材料，探索稀土發光最適宜的晶格環境。

一個偶然的機會，周東磊在一次實驗中，發現在稀土鐿摻雜金屬鹵化物鈣鈦礦材料中有非常強的近紅外發光。通過后續的一步步實驗驗證，證實為量子剪裁發光，內量子效率超過100%。稀土量子剪裁發光，是指材料吸收一個能量大于或等于發射光子能量2倍的高頻光子，發射兩個低頻光子的過程，其理論內量子效率為200%。

稀土與鈣鈦礦材料的結合，極大地提高了稀土的吸收截面和發光效率。周東磊十分激動，他繼續優化了這個材料，最終構建了鑭系稀土離子摻雜金屬鹵化物鈣鈦礦新型材料，并將這個材料應用于提高單晶硅和銅銦鎵硒太陽能電池的光電轉換效率，具有巨大的應用前景。此研究工作經《科學》（

Science

）專題亮點報道，被評價為“近年來最激動人心的工作之一”，并連續4年成為基本科學指標數據庫（E S I）高被引文章。國外著名學者更是直言：“鐿離子摻雜鈣鈦礦量子剪裁發光為突破硅電池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）效率極限提供了巨大希望。”

一年后，周東磊順利博士畢業，因其優異的學術成果，獲得了全校只有一個名額的“力旺獎學金”，獎金高達10萬元，還獲得了吉林大學“十佳研究生”稱號。在吉林大學讀書的9年時間里，他累計獲得獎學金多達30萬元。他的勵志求學之路也被《人民日報》、新華網、央視新聞等多家媒體廣泛報道。

博士畢業后，周東磊決定前往新加坡南洋理工大學從事博士后研究，他想走出去，睜眼看世界，“害怕自己故步自封、思維禁錮，多一些經歷，多一些成長”。在新加坡，他交識了非常多優秀的朋友，意識到了自己的不足之處，“我們能彼此交流，一起解決一個問題，就是一件很快樂的事”。

赤子之心 為國爭先

在一年半的博士后工作結束后，周東磊回到了自己的母校吉林大學，成為電子科學與工程學院的一名副教授，繼續開展自己的研究工作，實現自己的科研夢。

在構建稀土鈣鈦礦材料體系的基礎上，周東磊繼續深入研究微觀作用機制，拓展稀土發光的新型應用。目前，周東磊的研究工作主要聚焦新型高效的稀土摻雜發光材料的研發、制備與應用，研究基于稀土摻雜材料的新型白光照明和近紅外發光器件，采用稀土納米材料優化鈣鈦礦光伏和探測器器件的光電性能等。

目前，周東磊依托吉林大學共發表《科學引文索引》（S C I）論文8 0余篇，其中包括《先進材料》(

Advanced Materials

)、《先進能源材料》（

Advanced Energy Materials

）等第一作者和通訊作者身份論文30余篇，S C I他引2800余次，h因子28，3篇論文入選E S I高被引論文，相關工作被《科學》（

Science

）、《自然·能源》（

Nature Energy

）等學術期刊多次正面引用和評述，多次被《新科學家》（

New Scientist

）、《奇趣百科》（

Interesting Engineering

）等國際科技新聞網站亮點介紹。

如今，國家“十四五”規劃設立了“稀土新材料”國家重點專項，增加了對稀土的基礎研究投入，提升了稀土的國家戰略意義。“研究新材料和新技術是唯一的出路，如果我們現在不去做一些前瞻性的研究，那么20年、30年、50年后，我們還是會面臨‘卡脖子’的問題。”為此，周東磊將瞄準國家重大應用需求，潛心基礎研究，深入挖掘機理，在稀土發光的基礎研究和器件應用等方面不斷探索突破。作為年輕的科研工作者，他只想用“身體力行，奉獻終身”的理念為國家的科研探索貢獻一點微薄的力量，使國家不再遭受“卡脖子”問題。這是一條一眼看不到盡頭的康莊大道，路上也許會有許多艱難險阻，但他并不會躊躇，他的目標清晰，每一步都走得很穩，向著未知的前路邁進。