游学风采

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我非常荣幸在2018年之初,由华中科技大学研究生院资助,奔赴澳大利亚布里斯班昆士兰大学进行学术交流,在这里展开了将近一年的学术之旅。

昆士兰大学(UQ)是澳洲八大之一,也是世界排名前五十的名校。 UQ 是昆士兰州的第一所综合型大学,也是澳大利亚最大、最有声望的大学之一,其科学研究的经费及学术水平在澳大利亚的大学之中始终位居前列,在校博士生的人数最多。

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昆士兰大学

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昆士兰大学计算机学院

 我所访问的是信息科学与电子工程学院,Data Science Group课题组,课题组的leader是华人教授周晓方,周教授门下底子遍布世界各地,取得了非常优异的成绩,在世界一流的期刊和会议上发表学术论文几百篇。我的指导教师为阴红志博士,阴老师是个年轻有为的学者,也是一直奋斗在一线的学术之星,在国际一流期刊VLDB ,ACM TOIS,IEEE TKDE, ACM TKDD,ACM TIST和顶级学术会议 ACM SIGMOD,ACM SIGKDD,VLDB, IEEE ICDE,AAAI,IJCAI,SIGIR,WWW,ICDM, ACM Multimedia,CIKM发表学术论文100多篇(其中包含5篇best paper),并担任多个知名期刊的reviewer以及顶级会议的PC。

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我与阴红志老师(右)

在昆士兰大学,每周五阴老师都会组织group meeting,组内成员轮流做报告,分享最新的学术动态,所有的成员都会更新自己最新的进度。在阴老师的亲自指导下,我了解了Data Mining领域最前沿的算法和技术,并且取得了一定的成果。时间飞逝,一年的时间很快过去,非常感激这一年来周晓方教授给予的帮助以及阴红志老师的悉心指导。在以后的学术生涯中,我将不断地向老师们学习,希望有朝一日能够取得骄人的成绩。

 


非常荣幸能受到留学基金委的资助到英国南安普顿大学进行为期一年的博士联合培养。为期一年的交流学习于我而言是一次难忘的体验,现已回到大武汉,如梦初醒。此次英国之行收获颇丰,不仅获取了很多宝贵的知识和经验,更结识了不少志同道合值得交心的朋友,不枉此行!

我交流学习的单位是南安普顿光电子中心(ORC)。ORC是世界领先的光子学研究机构之一,许多世界级的成果在此诞生,比如掺铒光纤放大器。ORC对光子学产业的显著增长作出了重大贡献,其中包括支撑互联网的光通信技术,以及医学、生物科学传感、安全和制造等领域的解决方案。我所在的课题组是由Graham T. Reed领导的硅光子组。Reed教授主要从事硅基光互连、光调制、光探测,芯片级测试和光电集成的研究工作,他被公认为英国硅基光子学的创始人。

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Graham T. Reed领导的硅光子组

我在国内的课题是片上多模器件以及模式复用系统的研究,大方向是硅基无源器件的设计。为了能在短短的一年时间里面科研上有所收获,我所选择的研究课题必须不能和之前国内的课题偏差太大,不然无法在短时间内融入研究。因此,在正式加入具体的课题小组之前,我和大组内的成员进行了深入的交流,了解他们具体从事的研究方向,所用的工具,制作的工艺和测试方法。最终,我决定加入芯片级测试课题子项目光学微调。研究手段利用离子注入工艺做光学调控。这和我之前做的可重构多模器件颇为类似,因此可以无缝对接。

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硅光子组研究课题

作为一个新来的人,我尽我最大的努力融入新的团队。我处理并参加研究或实验的任务和活动,经常与小组成员交流信息。此外,我还参加了很多小组会议,讨论或提供光子设计的解决方案。利用离子注入工艺可以进行光学修整和后期制作。离子注入硅会造成辐射损伤。如果注入了足够的剂量,则可以导致光学器件的任何植入部分完全的非晶格化。非晶硅的折射率明显高于晶体硅(~(10-1),因此可以构成光学器件中折射率变化。这种折射率的变化可以通过退火来部分或全部消除。近年来,我们的团队已经提出了在硅中发展可擦除光栅的结果,以便于硅光子学电路的硅片规模测试。这些光栅是通过利用锗离子注入对硅的某些区域进行非晶处理而形成的。我们还使用了类似的技术来修剪集成光子组件,离子注入是一种实现可编程硅光子电路的新技术。一旦所提出的光子电路被编程,它的路由被保留,而不需要额外的功率消耗。这项技术使一系列不同的应用和性能要求的光子芯片的统一多用途设计,因为它可以编程为每一个特定的应用后的芯片制造。由于产量的增加,每个芯片的成本可以大大降低,从而实现了新的光子电路的快速成型。我现在已经设计了可擦除定向耦合器(DC)和两种光学FPGA电路。可擦除定向耦合器是光学FPGA电路的组成部分。一种电路是开关矩阵,它没有谐振结构。我们可以利用激光对其进行后期加工,以获得一定的网络拓扑结构。此外,该电路具有多个光学监视器来判断合适的附加电压,并且该监视器是可擦除的。另一种具有共振结构,可以实现更强大的功能。

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硅光子组研究课题

我测试了三级无氧化物包层定向耦合器,因为它们是构建光学FPGA电路的基础。测量了两个参数相同但位置不同的耦合器的透射谱。这两个耦合器的传动效率相当接近。因此,离子注入方向耦合器的性能均匀性是相当好的。因此,在复杂电路中利用分立耦合器作为参考是可靠的。得到了三级定向耦合器的归一化插入损耗。当我把光注入上面的输入端口时,损耗约为19%。当我将光注入较低的输入端时,损耗约为10%。同时,对交叉传播和条形传播的传输效率进行了比较。我们可以看到,交叉传播几乎是相同的,而两者之间的杆状传播之间的差别是不可忽略的。这可能是由于离子注入掩模层和硅波导掩模层之间的偏移量导致的不完全制造所致。不同层的偏移对电路的影响仍有待观察。测试后,我们怀疑PECVD工艺是否因为高温对离子注入设备有害。采用一块样品芯片进行测试,结果表明离子注入波导的损耗明显降低。这就是说,PECVD工艺可以对离子注入波导进行部分退火。因此,下一步,我们需要找到另一种工艺,以更低的温度沉积氧化物包层。此工作工作还在进行当中。

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总结一年的英国联合培养,学习到了很多。从理论计算,软件仿真,用代码画版图,工艺制作到器件测试。也学习到了怎么和国际团队协同工作。非常感谢Graham T. Reed教授对我的耐心悉心指导,让我受益良多。


2017年10月,我怀着激动的心情踏上了留学英国的旅途。初到英国时,体验了很多中英差距。英国食堂真的很难吃,基本上都是油炸食品,米饭的话基本都很硬还很贵,对于吃惯华科食堂我来说最开始很不适应,后来自己按照网上的教程做饭,开发了自己的做饭技能。

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图1 英式早餐

英国的天气变化也是超快,一天可以经历从晴转多云转小雨再转晴的过程。自己越洋带的伞也没用上,因为风实在是太大了。在来英国之前,我觉得英国是一个美丽又干净的地方,地方美丽、空气清新,然而真正到达英国之后发现,这里也有脏乱差的时候。

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 图2 英国巴斯小镇新月楼

此外,英国在治安方面会比国内差些,有些区域晚上最好不要去。这样的差异还有很多。这样对比之后,发现其实很多国家都有自己的优点和缺点,会更加热爱祖国,很多时候我们不用太妄自菲薄,努力建设国家,只有祖国的强大才能保证海外华人华侨受到更多的尊重。

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图3 ASTON大学一角

还好,在英国认识了一帮很好的朋友,首先是我的导师张琳老师,她为人和善,待人可亲,时时刻刻让人感觉到平等和尊重。其次是我们自己课题组的小伙伴,我们经常一起讨论问题,一起解决问题,顺便帮助我提高了口语,认识你们是我的荣幸。最后是我租房认识的朋友们,我们一起出去购物,一起旅游,足迹踏过了很多地方。

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图4 剑桥数学桥

总之,感谢国家留学基金委给我这次机会出国留学,我学到了很多,也经历了很多,结交了很多朋友。最后再次感谢所有在英国1年多期间帮助我的朋友,有你们真好,希望你们猪年大吉,一帆风顺。

金秋十月,我踏上了赴美留学的行程。奔赴美国德雷塞尔大学材料科学与工程学院进行为期三个月的校际短期交流学习。从2018年10月初到2019年1月初,我在费城度过了充实而有意义的三个月的学习生涯,收获颇丰。

德雷塞尔大学(Drexel University)是一所美国著名的私立大学,建立于1891年,位于美国著名的国际大都市费城,是费城三所知名大学之一。Drexel U非常注重国际交流,每年来自世界各地的交换生就有数千名之多,其开放的氛围让我也能够快速融入这里的学习生活。总体而言,让我感受最深的是,国外的研究生教学更注重培养学生自身的研究能力,鼓励学生自己找到感兴趣的研究方向,科研机构和企业结合非常紧密,鼓励学生进入企业进行实地研究,教师通常只是在研究方法上给予指导,以帮助学生取得更规范的研究成果。我认为这种“老师讲授基本要领、学生自己进行探索”的方式非常有助于学生研究能力的提高,让我受益匪浅。这种应用型的课程在国内的研究生教学中是比较少见的,通过这类课程,提高了我解决实际问题的能力,也帮助我更好的了解了美国的社会生活。

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短短三个月的学习生活已经结束了,回首这一段在费城的时光,我觉得自己度过了非常纯粹而又充实的几个月。独自在图书馆查找文献、与老师交流选题、与同学共同完成课程project,探索知识过程中的迷茫,获得老师肯定后的喜悦,这一切的一切都将成为我人生中最美好的一段回忆。回到祖国,相信我会继续怀揣这份赤子之心,更好地完成我的学业,回报母校,回报社会。


   本人冷美英,为光电国家研究中心2013级直博生。2017年获国家留学基金委项目资助,于20179月至20191月至美国威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin, Madison)开展为期16个月的访学,现将学习体会及科研进展总结如下:

一、 国外主要工作、学习情况

 1. 个人所在学校、单位简介

1.1 学校简介

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison),简称UW-Madison,创建于1848年,位于美国威斯康星州的首府麦迪逊,是一所世界顶尖的著名公立研究型大学,位列2018年上海交大ARWU世界大学学术排名第28位、2019USNEWS世界大学排名第35位、2019年泰晤士高等教育世界大学排名第43位。该校是威斯康星大学系统的旗舰学府,是北美顶尖大学学术联盟美国大学协会(Association of American Universities)的创始会员之一,也是美国知名的十大联盟的创始成员之一,被誉为公立常春藤大学,与加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校和密歇根大学等代表了美国公立大学的最高水平。

威斯康星大学麦迪逊分校是美国最受尊敬的名校之一,在各个学科和领域均享有盛誉,产生了25位诺贝尔奖获得者,38位普利策奖获得者,12位美国国家科学奖章获得者。该校拥有87位美国国家科学院院士,26位美国国家工程院院士,61位美国艺术与科学院院士,8位美国国家医学院院士。

1.2 导师实验室简介

金松教授实验室主要从事纳米材料尤其是螺旋位错的合成及其光学性质的研究,首次研究了硫族化学物纳米片螺旋位错驱动的生长机制,开创性的为纳米片领域开展类似研究工作起到重要的指导作用。

 2. 个人在国外主要开展哪些工作

近年来,钙钛矿材料展现了优良的性能,特别是光电领域如太阳能电池,电致发光等。但其中所含的铅的毒性影响了其将来的应用,VA族金属卤化物钙钛矿材料作为铅基潜在的替代者具有极高的研究价值。最近,VA钙钛矿材料由于其高PLQY以及白光发射能力而被证明是优异的荧光粉材料。在这里,我们报道了一种新型的无铅缺陷卤化物钙钛矿变体Rb21Sb9Cl48。使用相对小的铷A-阳离子和氯化物形成卤化物导致晶体结构由两个独特的0D金属中心基元组成,具体为SbCl63-Sb2Cl104-由于电荷平衡被Rb+阳离子作为支撑支架。 Rb21Sb9Cl48576 nm处显示出明亮的宽发射特征,半峰宽为120 nm,这可能表示自陷阱激子或材料中多个基元的发射结果。通过简单的溶解-重结晶法制备Rb21Sb9X48X = ClBr)的形状规整的六边形纳米片。纳米片在室温下显示出较强的光致发光。通过系统地改变ClBr的比例,可以将其反光波长在542 nm630 nm之间调节。这些材料是有希望用于光电应用的,并且是VA族金属卤化物的固态化学和物理学研究的重要延续。

此外,还进行了非中心对称材料的二阶非线性光学的研究。

 3.  个人在科研、生活等方面有哪些提升及成果

3.1拓宽自己的科研领域,提高科研能力

以前在国内做的方向主要是新型无机薄膜太阳能电池、钙钛矿量子点及其基础光学研究,对纳米片和纳米线领域涉入较浅,也没有进行更深入的光学研究。在UW Madison期间,多次参加Seminar聆听大牛们的经验,实验室内也每周组织“Group meeting”,同时最值得推崇的是三个月一次的大汇报,将工作进行全面的总结,同时引发对项目新的思考。

3.2提高自己的英语交流能力

最开始去美国的时候因为英语口语不佳羞于开口,后来想明白了本来就不是母语说得不好也没什么,就大胆开口,说不明白的就换种说法接着说。随后在美国同学的帮助后,变得流利顺畅了很多,连点菜都变得毫无压力了。

二、个人国外访学心得体会

20179月只身一人首次离开祖国踏入美国的领土,来到UW Madison校园,到国际交流办公室报道后,随即见到了金松老师。在接下来的一年里,金松老师给我的科研工作提供了极大的帮助。不仅如此,金松老师还讲授晶体结构学的课程,使我受益匪浅。在国外,课程教学是一件非常受重视的事情,许多知名的教授都会在自己最擅长的领域授课,悉心教导学生使其获得更深刻的理解。

另一个感受是国内现在发展速度迅猛,在国外时,很多学生也会关注国内的研究方向,金松老师组也和国内湖南大学等高校有所合作。这对我们国内的科研水平和环境也是给予肯定的。

通过UW Madison这一年半的学习和工作,我的各方面都有了非常大的进步和提高,学到了很多新的知识,也认识了很多优秀的朋友。我非常感谢国家留学基金委、华中科技大学、UW Madison给我这次机会,感谢我的国内外导师对我的指导和支持,感谢所有同学们。

三、下一步计划

1.  继续开展螺旋位错纳米片的二阶非线性光学的研究,与金松教授及湖南大学潘安练教授继续合作,并将所学用到自己擅长的非铅钙钛矿领域。

2. 继续博后以进一步深造以获得更多的进步。


附图:

1.  美丽的麦屯(学校坐落在麦迪逊,虽是州府,规模却很小,故戏称麦屯,一年有6个月冬天,但是环境很好,风景优美,学校公寓像动物园一样,经常可以与野鸡、松鼠甚至小狼、狐狸和狸猫擦肩而过)

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2.UW Madison的博士毕业典礼(就在他们的小报告厅,但是博士的家属都到场了,一派的热闹喜庆,一般一路握手握到系主任结束,然后由导师亲自拨穗)

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3. 独立日的烟花(虽是他们的国庆,美国的烟花还是花样不多,看着一般般,也可能因为麦屯太小)

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4.美国自然博物馆的锑矿(由于我们组是做硒化锑太阳能电池的,看到美国博物馆的锑矿,尤其是上面写着中国赠送就分外激动)

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