杨学明

     杨学明,物理化学专家,一直从事物理化学领域化学动力学相关的研究工作。杨学明博士1982年毕业于浙江师范大学物理系,同年考入中国科学院大连化学物理研究所,1985年获得理学硕士学位。1986年底赴美国加州大学圣巴巴拉分校攻读博士学位,1991年获哲学博士学位。1991年至1995年期间在普林斯顿大学和加州大学伯克莱分校从事博士后研究。1995年底起在台湾原子和分子科学研究所担任副研究员,2000年升任研究员。2001年秋,杨学明开始担任中国科学院大连化学物理研究所研究员,并兼任分子反应动力学国家重点实验室主任。

    过去十多年中,他利用自行研制的、国际领先的分子束科学仪器,在化学反应动力学研究方面取得了系列性的、备受国际瞩目的重要研究成果。他的系列性研究成果将基元化学反应动力学实验研究全面推到了全量子态分辨的高水平上,并通过与理论学者的合作,解决了化学动力学研究领域长期存在的一些科学难题,对反应过渡态及共振态动力学研究作出了重要贡献。共发表研究论文160多篇,其中有6篇论文发表在Science杂志,1篇在Nature杂志,3篇在PNAS杂志上,8篇在PRL,1篇在JACS;主编英文专著一部(World Scientific Publishing出版)。杨学明所取得的这些成果都是以先进科学仪器的自行研制为基础的,在过去的十多年中他设计研制了多套具国际先进水平的分子束科学仪器,这些仪器的研制为他在反应动力学领域奠定了国际领先的地位。在过去的六年中,杨学明还担任了分子反应动力学国家重点实验室的主任,大大地推动了这一国家重点实验室的建设,使得该实验室在较短的时间内在实验和理论动力学研究方面成为世界上一个重要的研究中心。他还担任了“973”项目“复杂体系的力学动力学研究”的首席科学家,大力推动了国内化学动力学的发展。由于杨学明对化学反应动力学研究的杰出贡献,在国际学术界获得了多项学术奖励,如国际自由基会议Broida奖,海外华人物理协会亚洲成就奖等。2006年被选为美国物理学会会士 (Fellow)。2007年杨学明获得了中国科学院杰出科技成就奖,2008年他获得了周光召基金会的杰出青年基础研究奖,同时还获得了当年的国家自然科学奖二等奖。近年来,他在重要国际会议上的特邀报告达30多次。他的研究工作在国际学术界获得了高度评价,为提升我国物理化学研究在国际学术界的地位作出了显著的贡献。在国内学术界也得到了充分的肯定;2005年获得了国家自然科学基金委的杰出青年基金;2006年获科学院百人计划终期考核优秀;2006年他与同事的合作研究成果“在量子水平上观测化学反应的共振态”被两院院士评选为“2006年中国十大科技进展新闻”。2007年他的研究成果“波恩—奥本海默近似在F+D2反应中失效”又被选为“2007年中国十大科技进展新闻”。他被美国化学会物理化学杂志聘为高级编辑,同时还担任中国化学物理杂志的主编。他还担任了国际物理化学综述International Reviews in Physical Chemistry杂志的编委以及物理化学(PCCP)和化学物理通讯Chemical Physics Letters的国际咨询委员。他还在三个重要国际会议中担任国际咨询委员的职务。

    他在过去十几年中取得的主要的研究成果有以下几个方面。
一、在量子态水平上观测化学反应共振态

    化学反应共振态一直是物理化学的一个重要前沿课题。20世纪80年代,李远哲等人对F+H2反应的实验研究引起了科学界的极大关注,但随后的理论研究并没有证实其对反应共振现象的推论。杨学明领导的实验小组利用自行研制的交叉分子束装置对这一反应进行了全量子态分辨的高精度散射实验,并首次在这一反应中观测到了反应共振现象。通过与张东辉等人合作,利用精确势能面的计算以及量子散射理论证明了F+H2反应共振现象是由两个反应共振态所引起的。这项研究解决了国际上长期以来备受关注的F+H2反应共振的这一重要科学问题。这项研究发表在《科学》杂志上。

二、势垒型量子过渡态的观测及其动力学研究

    势垒型量子过渡态对于化学反应宏观以及微观机理的研究都是至关重要的。但是,实验上要观测这些量子过渡态是物理化学领域长期以来的一项难题。杨学明与合作者在H+D2→HD+D反应中首次在实验上观测到了化学反应势垒型量子过渡态结构,并给出了清晰的物理图像。这项研究发表在《科学》杂志上[SCIENCE 300,1730(2003)]。论文审稿人认为“这是一项重要的成果”。在H+HD→D+H2这一类似的化学反应中,杨学明还观测到了奇特的前向散射现象。通过分析,发现这一现象是由于反应体系在经过某势垒型量子过渡态顶部时缓慢下来所引起的时间延迟效应。这一研究结果首次澄清了势垒型量子过渡态与反应共振态在动力学上的差异。这项工作发表在《自然》杂志上。

三、化学反应过程中的非绝热动力学研究

    玻恩—奥本海默近似是分子物理、量子化学和量子物理研究中有效而且常用的基础手段。玻恩—奥本海默近似在重要化学激光体系氟加氘反应中的有效性一直是一个具有相当争议的课题。杨学明领导的实验小组利用实验室自行研制的氢原子里德伯态飞行时间谱—交叉分子束仪器,将氟加氘的交叉分子束反应散射的分辨率和灵敏度推到一个非常高的水平,首次将氟原子激发态与氟原子基态的反应产物完全分开,发现了在低能碰撞时,氟原子的激发态比基态的反应性高,也就是玻恩—奥本海默近似在低能氟加氘反应中的失效。这一结果得到了精确理论动力学研究的证实。研究工作发表在2007年的《科学》杂志。2008年杨学明研究小组针对玻恩—奥本海默近似在氯加氢反应中的有效性进行了研究,发现当碰撞能增加时氯原子自旋轨道激发态的反应性与基态的相比变得越来越小,说明波恩—奥本海默近似在这一反应中在高碰撞能量时是有效的。这一实验结果解决了科学界一个长期的争议,这项工作发表在2008年的《科学》杂志。

四、世界领先的分子束科学仪器的研制

    杨学明从事分子反应动力学的实验研究,在交叉分子束科学仪研制以及技术发展上取得了令人瞩目的成就,成为分子反应动力学国际上顶尖的实验科学家。他也是目前世界上少见的掌握多项世界最为先进的交叉分子束技术的科学家。在过去的十多年中,他亲自精心设计和研制了7套具有国际先进水平的分子束科学仪器,这些具有独特研究功能具世界领先水平的科学仪器在反应动力学研究中发挥着非常重要作用。这些仪器的研制大大地推动了国际和国内分子反应动力学实验研究的发展。

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