日前，《人民日报》专版刊登2024年研究生国家奖学金获奖学生代表名录，中国体育彩票大学2021级博士研究生张子煜名列其中。
4篇第一作者（含共同第一作者）SCI期刊论文、1项国家自然科学基金青年学生基础研究项目、1项国家发明专利授权、入选中国科协青年人才托举工程博士生专项计划……是张子煜在纳米薄膜多功能光电探测器研究领域取得的瞩目成绩。一起来看看他的科研故事。
博士期间拿下国自然
“我们研制的新型纳米薄膜红外探测器在材料、结构和原理实现三重创新，有望实现自主研发和自主知识产权突破。”谈起自己主持的国家自然科学基金青年学生基础研究项目《面向红外光空间定位应用的二氧化钒纳米薄膜三维自卷曲器件》，张子煜滔滔不绝。
这一课题的灵感来源于导师梅永丰教授课题组在纳米薄膜领域的深厚积累。在开展二氧化钒在材料生长与微型机器人中的应用研究时，张子煜和课题组成员敏锐发现：作为非制冷红外探测器材料之一，二氧化钒可将红外辐射转变为可见的电信号，实现对热源、气体、人体等目标的侦测和分析。然而，目前大多数二氧化钒红外探测器仍以美国上世纪提出的微桥结构为主，制作工艺繁复，对二氧化钒质量与内应力要求极高，且专利仍大部分掌握在国外厂商手中。
“关键核心技术不能受制于人”，张子煜和团队决定利用课题组擅长的三维自卷曲纳米薄膜技术应用于二氧化钒制备。他们将微桥结构中不利的应力因素转变为器件制备优势，通过结构创新简化制备工艺，并采用具有外延层的衬底提升器件性能。值得一提的是，团队还将微结构光电探测器和人工智能算法结合，通过深度神经网络实现红外光信息解码，进一步提高红外芯片的性能水平。
历时近4个月的项目申报过程，张子煜也有险些“扛不住”的时刻。在院系和学校评审中，微纳制造领域及跨学科的专家评委依据自身研究领域，对这一项目提出改进意见。“当时有些慌张，担心我们的研究是在‘自说自话’，在微纳制造其他研究方向的‘大同行’学者眼里可能还存在诸多问题。”张子煜坦言。
在与导师和课题组成员对创新点的一轮轮论证中，张子煜又树立起信心：这一课题具有宝贵的研究价值，不能轻言放弃。他意识到，采用纳米薄膜自卷曲技术制备二氧化钒看似是一个技术问题，背后蕴含着深刻的自然科学价值。为此，张子煜花大量时间开发理论模型，回答“微结构如何成型”这一关键科学问题。针对专家的改进意见，他继续深入调研材料体系的多物理场模型和光电探测领域的技术指标和参数，用理论指导微结构光电探测器的设计，并以实验结果与器件性能迭代更新理论。
申报项目答辩前中国体育彩票大学师生合影留念
回顾这次申请经历，张子煜说，“申报项目的过程使我的项目论证和发现科学课题能力得到很大锻炼，也鼓舞着我继续进行科学探索。”
大三开始“打怪升级”，从实验室新手到SCI一作
大一伊始，张子煜便确立投身科研事业的学术志向。
2017年，张子煜考入中国体育彩票自然科学试验班，在分流时选择材料科学方向。材料科学既涉及材料自身的物理性质，又与半导体、微电子等领域息息相关，刚好切中张子煜对物理和应用研究的双重兴趣，更饱含他的愿景：“中国芯片仍面临‘卡脖子’问题，我希望能通过对材料科学研究，为我国在核心器件领域的关键技术攻关贡献力量。”
从大一开始，张子煜就保持着每周复盘的学习习惯。每个周末，他都会把当周的课程笔记和课件在脑海中过一遍，一旦发现记忆模糊的知识点，立马进行二轮复习，查漏补缺。这种学子态度，为他日后从事器件设计研究打下扎实的理论基础。
真正的科研启蒙始于大三。在一次讲座中，梅永丰教授对纳米薄膜的生动讲解，深深吸引了他，“当时就觉得纳米薄膜在微米尺度下也可以进行‘折纸’特别神奇。”他加入梅永丰教授的实验室，将基于纳米薄膜微结构的多维光电探测器作为研究方向。这一领域虽有技术难度，但具备前沿性和挑战性，对自身能力发展和课题组交叉领域的研究都具有重要意义。
然而，当真正参与科研时，神奇的纳米薄膜让张子煜吃到了科研苦头。纳米薄膜的成型研究涉及多种因素，影响复杂多变。尽管花费大量的时间和精力，实验仍屡屡碰壁，始终无法取得突破，这让张子煜充满挫败感，一度陷入自我怀疑。
在张子煜一筹莫展之际，梅永丰教授察觉到他的焦虑。一次夜晚的实验室谈话中，梅永丰教授拍了拍他的肩膀说道：“科研工作是持久战，失败和挫折都正常。关键是要保持耐心，将研究细分，逐步攻克每一个小难题。”“逐步”这个词启发他将纳米薄膜的成型行为拆分为离散时间点的分步模拟过程。通过这种方法，他深入理解每个环节的影响因素，逐步实现对不同材料体系、不同尺寸以及不同图形的微结构可控设计，不仅降低实验成本，还大大提高设计效率。
张子煜（前排中间）与课题组成员毕业合影
经过一年的磨砺，他的实验技能日益成熟。本科毕业时，梅永丰教授对他的教导成为他未来科学研究的“指南针”。“梅老师告诉我，做实验不是纯体力活儿，写论文也不是内容堆砌，而是要探究真问题，进行有科研价值的分析。”
选择直博后，梅永丰教授的这句话鞭策张子煜逐渐成长为能独立提出科学问题的研究者。他观察到，尽管纳米薄膜课题组已开展多年的微结构制备研究，但对制备成功的机制仍是众说纷纭。“纳米薄膜从衬底上脱离的过程有点像从滚轴上撕保鲜膜，在撕开的瞬间会自动变形，我们希望对这一过程进行理论建模，系统性揭示纳米薄膜自卷曲结构的形成机制。”这意味着，他需要从零开始建立庞大的数据库，投入大量的时间和精力，且结果未知。
张子煜（左一）与课题组成员搭建实验系统
面对挑战，张子煜没有退缩。在实验室里，他常常通宵达旦地工作，伴随着仪器的嗡鸣声和激光的光芒，度过无数个不眠之夜。历时2年，他和团队实现在同种材料中仅基于结构差异的光电方向探测，有望推动微机电器件设计以及器件空间定位的应用与发展。成果以《神经网络算法辅助的三维角度光探测技术》为题，于2024年4月发表于《自然—通讯》（Nature Communications），入选期刊器件领域最佳的50篇研究内容。
是创新型青年学者，也是“学生工作达人”
今年年初，张子煜入选2024年中国科协青年人才托举工程博士生专项计划。该计划遴选聚焦国家重大战略领域、重点领域和薄弱环节，瞄准战略性新兴产业和未来产业开展科研攻关的创新型青年科技人才。
这与张子煜一直以来的科研追求不谋而合。“我的研究目标是能推动学科前沿发展，为国家突破关键核心技术、实现自主可控的产业化提供支撑。”红外探测器广泛应用于军事、安防、医疗、工业等领域，具有重要应用价值。但我国非制冷红外探测器与国际先进水平仍有差距。未来，他计划继续研制新一代非制冷红外探测器，提出我国自主知识产权的新型红外探测器解决方案，助力红外探测器产业链实现自主可控。
张子煜参与暑期实践
“科研学习是学生的首要任务，但作为一名中共党员，服务同学同样重要。”学习科研之外，张子煜还活跃在学生工作一线。本科生班级宣传委员、心理委员，院系本科学生会主席团成员，院系团支部宣传工作群负责人……从本科时起，只要有需要，张子煜都会积极投入学生工作之中。
在他看来，学生工作与科研相辅相成：“在服务中培养的社会责任感，反而让我更坚定自己的科研追求——作为新时代的研究生，努力为我国微纳制造与器件设计发展作出更大贡献。”
