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从“郭的方法”到超表面研究领域探路者 ,复旦两项研究获自然科学奖一等奖

2019/9/11 19:51:48

从“郭的方法”到超表面研究领域探路者 ,复旦两项研究获自然科学奖一等奖

近年来,全球数学领域,拼音开始引人关注——郭坤宇课题组在国际知名数学杂志发表论文30多篇,发展的思想、方法和技术被国际同行称为“methods of Guo”、“idea of Guo”(郭的方法)等。

 

物理领域,周磊课题组成为全球超表面研究的探路者之一,发表论文4年间被引用300多次,许多国际同行沿着他们的方向继续前进。


22日的上海市科学技术奖励大会上,在复旦大学生根绽放的两项基础研究,分别获得2016年度上海市自然科学奖一等奖。“对未知世界的巨大好奇心,是在这里坚持探索的最大动力,”周磊这样说。
 

自由驾驭光(电磁波)是人类的梦想,然而自然材料对电磁波调控能力有限。能否人工构造全新的二维表面结构,从而达到控制电磁波的目的?这个大胆创想,2005年起在周磊脑海中初现。


“我们做的事情,就是把人工微结构作为’原子’,将他们排成特殊序列,使其成为具有特别属性的超表面,来完成对电磁波的魔术。”站在办公室巨大的研究白板前,周磊简要介绍着他的研究。 围绕“超表面对电磁波的高效调控”这一关键科学问题,结合理论实验取得了一些在国内外有重要影响的成果。

 

用周磊教授的话来说,团队在这一领域“完成了三件事”。首先是波前调控。照镜子的原理大家都知道,可见光在镜面反射,可是有没有想过,有一天当你面对“镜子”,里面没有你? 科学家们在探索波前调控的过程中,已经实现在微波波段的全空间无反射,把这一电磁波“绑”在“镜子”表面。如果按照这一理论进一步发展,未来“隐身”或许不是梦;更值得一提的是,这一理论技术或许将对光芯片的研发具有重要意义。

 

第二件事是利用超表面进行电磁波偏振调控。波有个重要特征:偏振 。我们看3d电影,镜片分别接受不同偏振的光,收获更为立体的视觉成像。而超表面的研究,已经在实验室实现高效的偏振的任意转换,性质转换间,能量零耗损,这虽然对日常生活没啥关系,可已成为其他多个学科研究创新工具、思路的基础。


第三件事则是对超表面控制电磁波传输的探索。周磊打比方,将两个超表面,分别附着在一个不透光平面两侧,在散射相消原理下,这三层结构已经能成为全透明。这在太阳能电池领域的能量转换中,将可能起到重要作用。

 

2012年,团队的代表性成果之一《梯度超表面:一个链接传播波和表面波的桥梁》发表在《Nature Materials(自然 材料)》上,是梯度超表面领域最早的论文之一。“在探索中,冒出一个点子是最激动最兴奋的,而将其完善为理论,过程艰辛但也充满乐趣,”周磊说。在他看来,复旦这个环境中,给予基础研究的青年人较为宽松的氛围,最近,他已经与复旦大学石墨烯领域的专家们合作,开始寻找将石墨烯应用到超表面上,进而提高其可调性的可能。

 

“创造性地综合了交换代数,Fredhom 理论和算子代数的技术,回答了这个领域的多个问题”,这是数学家Putinar(普丁纳)教授在德国数学文摘上对郭坤宇课题组研究的评论。

 

三十多年来,著名数学家R. Douglas、 W. Arveson倡导的Hilbert模纲领为算子理论的发展注入强劲动力,在Hilbert模的框架下,算子理论、特别是多元算子理论在近年来取得重大发展。


郭坤宇课题组在Hilbert模的本质正规性和K-同调方面取得了多项突破性进展,解决了区域维数d≤3以及一般维数主子模和Beurling型商模等情形的Arveson-Douglas本质正规性几何化猜测。

 

对此,加拿大皇家科学院院士Davidson在纪念Arveson的文章中介绍课题组的结果为“迄今为止最好的结果”。 据了解,在Hilbert模上的算子理论方面,课题组引入了许多几何和代数的工具,为泛函分析中的一些经典问题的研究提供了新的方法,由此解决了算子论中多个长期悬而未决的问题。发现有限阶解析乘法算子的约化子空间结构与相关Riemann曲面结构的内在联系,完整解决了单位圆Bergman模上有限阶乘法算子约化子空间问题;课题组也完整解决了Arveson的”亏格算子有限秩”问题。

 

郭坤宇课题组这一系统深入的原创成果,得到了国际同行大量引用和跟踪研究。项目研究期间,课题组在国际知名数学杂志发表论文30多篇。

 

题图来源:视觉中国 图片编辑:雍凯