点亮稀土，不负人生——记吉林大学电子科学与工程学院副教授周东磊

杜月娇

变幻莫测、流光溢彩的城市灯光是现代文明的美丽标志，神奇的光不仅将人类的世界从黑暗带向了光明，而且打开了人类的视野和思路。回溯过往，法国物理学家亨利·贝克勒在1896年发现元素放射性光线，从此人类开始研究自发光材料。百年来，人类对自发光材料的研究逐渐深入，目前正在利用稀土元素激活铝酸盐、硅酸盐等无辐射的高科技产品。这些材料改变了自发光产品无法大范围应用的历史。

稀土具有特殊的电子层结构，有着一般元素所无法拥有的光谱性质，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。因此只要谈到发光，几乎离不开稀土。而随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。来自吉林大学电子科学与工程学院的副教授周东磊正是研究稀土发光的青年力量。他期待用自己的研究成果不断拓展稀土应用的领域，让稀土的光芒更加闪耀。

十年寒窗 拨云见光

周东磊出生在农村，父母都是地地道道的农民，没有固定的收入来源，父母曾经营过果园、畜牧养殖、种植草药，但因为缺乏专业的知识，全以失败告终。一家人靠着一亩三分地维持生活，日子过得简单平淡。

周东磊在实验室

父母告诉周东磊，“知识改变命运，读书是唯一的出路”，坚持供他读书。周东磊没有辜负父母的辛苦付出，他性格要强不服输，成绩永远是年级第一。高中时，为了激励自己，他在心里默念“优秀是一种习惯”，并把这句话刻在了书桌上。“它是潜意识里的一种心理暗示，当我想要放纵不努力的时候，只要看到这句话，我就会暗示自己要努力。”周东磊说。

除了学习刻苦努力，周东磊还喜欢钻研，有一个“科研梦”，凡事喜欢问为什么。2009年，抱着对科学的向往，勤奋刻苦的周东磊考入吉林大学电子科学与工程学院半导体化学实验班，这一实验班每年选拔30名优秀的本科生，致力于从本科开始培养更加具有科研素养的学生。实验班为周东磊的科学梦想插上了飞翔的翅膀，进入实验班后，周东磊像海绵一样吸收各个交叉学科的知识，为日后科研工作的开展打下了牢固的基础。2013年9月，他被顺利保送研究生，成为吉林大学第一届本硕博连读的学生。这也是他科研人生的开始。

九年进取 点亮人生

在此之后，周东磊跟随导师宋宏伟研究稀土元素发光过程的机理及应用。稀土离子发光在实际生活中的应用非常广泛，但随着科技的更新迭代，使得稀土在很多领域被逐渐替代。解决稀土发光材料的自身缺点，比如它的发光效率还不够高、吸收截面小，成为周东磊的主要研究课题。他和团队通过调控稀土发光的局域光场环境等外在的手段提高稀土的发光强度，让它能在照明显示、太阳能电池或者是在光纤探测器等不同器件上得到全新的应用。

周东磊调研了大量的文献，他在《自然》（

Nature

）的一篇报道中发现，除了金属离子之外，半导体表面等离子体材料也可以调控稀土发光的跃迁概率。受此启发，他首次使用半导体等离子体纳米晶调控稀土上转换荧光，发现了稀土上转换荧光增强的新机制，一定程度上解决了稀土发光固有难题。通过半导体纳米晶的多重物理效应，他和团队最终获得了超过3个数量级的荧光增强，并拓展了其在防伪显示、文件加密和太阳能电池等领域的应用。

虽然这项研究的成果有很重要的意义，但过程布满了荆棘，周东磊一度到了崩溃的边缘。还记得那年的暑假，为了总结新的作用基质，他独自留在办公室查资料做实验，却没有得到任何进展。不服输的性格让他从来不会轻言放弃，“因为没有人可以帮我解答，就只能靠自己了”。最终经过两年的探索，周东磊厚积薄发，一系列科研成果在国际知名期刊陆续发表。坚持不放弃是周东磊科研生活的真实写照，解决了他心里的一个个学术难题，也拨开了笼罩在稀土发光问题上的谜团，走出了一条属于他的科研道路。

不破不立 终获成功

2017年，周东磊开启了新的研究工作。“稀土发光受晶场局域环境影响很大，正所谓不破不立，能否开发一种新的基质材料，构建新的稀土发光材料体系？”这个想法促使周东磊努力寻找新的基质材料，探索稀土发光最适宜的晶格环境。

一个偶然的机会，周东磊在一次实验中，发现在稀土镱掺杂金属卤化物钙钛矿材料中有非常强的近红外发光。通过后续的一步步实验验证，证实为量子剪裁发光，内量子效率超过100%。稀土量子剪裁发光，是指材料吸收一个能量大于或等于发射光子能量2倍的高频光子，发射两个低频光子的过程，其理论内量子效率为200%。

稀土与钙钛矿材料的结合，极大地提高了稀土的吸收截面和发光效率。周东磊十分激动，他继续优化了这个材料，最终构建了镧系稀土离子掺杂金属卤化物钙钛矿新型材料，并将这个材料应用于提高单晶硅和铜铟镓硒太阳能电池的光电转换效率，具有巨大的应用前景。此研究工作经《科学》（

Science

）专题亮点报道，被评价为“近年来最激动人心的工作之一”，并连续4年成为基本科学指标数据库（E S I）高被引文章。国外著名学者更是直言：“镱离子掺杂钙钛矿量子剪裁发光为突破硅电池的肖克利-奎伊瑟（Shockley-Queisser）效率极限提供了巨大希望。”

一年后，周东磊顺利博士毕业，因其优异的学术成果，获得了全校只有一个名额的“力旺奖学金”，奖金高达10万元，还获得了吉林大学“十佳研究生”称号。在吉林大学读书的9年时间里，他累计获得奖学金多达30万元。他的励志求学之路也被《人民日报》、新华网、央视新闻等多家媒体广泛报道。

博士毕业后，周东磊决定前往新加坡南洋理工大学从事博士后研究，他想走出去，睁眼看世界，“害怕自己故步自封、思维禁锢，多一些经历，多一些成长”。在新加坡，他交识了非常多优秀的朋友，意识到了自己的不足之处，“我们能彼此交流，一起解决一个问题，就是一件很快乐的事”。

赤子之心 为国争先

在一年半的博士后工作结束后，周东磊回到了自己的母校吉林大学，成为电子科学与工程学院的一名副教授，继续开展自己的研究工作，实现自己的科研梦。

在构建稀土钙钛矿材料体系的基础上，周东磊继续深入研究微观作用机制，拓展稀土发光的新型应用。目前，周东磊的研究工作主要聚焦新型高效的稀土掺杂发光材料的研发、制备与应用，研究基于稀土掺杂材料的新型白光照明和近红外发光器件，采用稀土纳米材料优化钙钛矿光伏和探测器器件的光电性能等。

目前，周东磊依托吉林大学共发表《科学引文索引》（S C I）论文8 0余篇，其中包括《先进材料》(

Advanced Materials

)、《先进能源材料》（

Advanced Energy Materials

）等第一作者和通讯作者身份论文30余篇，S C I他引2800余次，h因子28，3篇论文入选E S I高被引论文，相关工作被《科学》（

Science

）、《自然·能源》（

Nature Energy

）等学术期刊多次正面引用和评述，多次被《新科学家》（

New Scientist

）、《奇趣百科》（

Interesting Engineering

）等国际科技新闻网站亮点介绍。

如今，国家“十四五”规划设立了“稀土新材料”国家重点专项，增加了对稀土的基础研究投入，提升了稀土的国家战略意义。“研究新材料和新技术是唯一的出路，如果我们现在不去做一些前瞻性的研究，那么20年、30年、50年后，我们还是会面临‘卡脖子’的问题。”为此，周东磊将瞄准国家重大应用需求，潜心基础研究，深入挖掘机理，在稀土发光的基础研究和器件应用等方面不断探索突破。作为年轻的科研工作者，他只想用“身体力行，奉献终身”的理念为国家的科研探索贡献一点微薄的力量，使国家不再遭受“卡脖子”问题。这是一条一眼看不到尽头的康庄大道，路上也许会有许多艰难险阻，但他并不会踌躇，他的目标清晰，每一步都走得很稳，向着未知的前路迈进。