編者按

“茍日新、日日新、又日新”，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。華中大始終以引領(lǐng)科技進步為己任，在“謀創(chuàng)新”中“謀未來”，創(chuàng)造一項又一項驕人的科創(chuàng)成果！

金馬在《21世紀羅曼史》中如是說，“以空前未有的熱情，煥發(fā)青春的創(chuàng)新功能，激發(fā)人人獨特的創(chuàng)新精神，使民族的、國家的創(chuàng)新智慧來一個總爆發(fā)！使個體的、群體的創(chuàng)新潛能來一個大爆發(fā)！”

“科”創(chuàng)未來，旨在帶領(lǐng)大家了解華中大最新科研資訊。我們頌揚那些深耕科技興邦國的大師們，同時也在華中科技大學這片土地上，期待一個又一個的騰飛。

人工智能與自動化學院團隊最新研究成果簡化和加速新冠病毒診斷過程

10月27日，《自然-機器智能》錄用了我校研究團隊與劍橋、斯坦福的研究團隊聯(lián)合提出的基于聯(lián)邦學習的多國協(xié)作全開源人工智能框架（UCADI），以幫助放射科醫(yī)生簡化和加速新冠病毒診斷過程�；�于中英23家醫(yī)院近萬張的CT掃描數(shù)據(jù)，證明了UCADI在保證用戶數(shù)據(jù)不共享的情況下，能夠多快好省地進行人工智能輔助診斷模型的訓(xùn)練，實現(xiàn)跨國多中心的新冠病毒智能診斷。在此基礎(chǔ)上，團隊成員還進一步分析了模型的不確定性和數(shù)據(jù)的異質(zhì)性，并開源了預(yù)訓(xùn)練模型權(quán)重和聯(lián)邦學習框架。值得一提的是，不局限于新冠病毒診斷，UCADI框架還為未來的跨國智能診斷系統(tǒng)的研究提供了基礎(chǔ)設(shè)施，并將展開和世界衛(wèi)生組織（WHO）在全球范圍內(nèi)的合作。

我校研究人員主要由人工智能與自動化學院夏天教授團隊，白翔教授團隊，同濟放射科李震教授團隊，同濟醫(yī)院王劍明團隊和協(xié)和放射科鄭傳勝教授團隊組成。該研究成果主要得到了華中科技大學“新型冠狀病毒肺炎應(yīng)急科技攻關(guān)專項”的支持，是基于武漢戰(zhàn)役的實際經(jīng)驗總結(jié)，是華中大學科交叉共融的體現(xiàn)。

光電信息學院王成亮教授團隊在儲能器件方面取得重要進展

為實現(xiàn)“碳中和”和“碳達峰”的雙碳戰(zhàn)略，儲能器件的需求日益增加，傳統(tǒng)鋰電池已不足以滿足多樣化和大規(guī)模的儲能需求。面向各種新型電池，有機高分子功能材料具有得天獨厚的優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的有機高分子材料的導(dǎo)電性通常較差，不利于獲得高性能儲能器件。而共軛配位聚合物材料因具有良好的導(dǎo)電性使其在諸多領(lǐng)域（半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、存儲、氣體吸附、傳感等）中具有潛在的應(yīng)用前景，近幾年得到了大量關(guān)注。但該類材料的結(jié)構(gòu)和化學態(tài)還存在著各種爭議，其材料的復(fù)雜性造成到目前為止，大部分的研究仍集中于單類原子的配位上。近日，《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）發(fā)表光電信息學院王成亮教授最新研究成果。王成亮與南京大學馬晶教授為本文共同通訊作者。

2的效果。

2的性能提升

通過將S和N用于共配位，實現(xiàn)了導(dǎo)電性、穩(wěn)定性的協(xié)同提升，獲得了高容量、高穩(wěn)定性和良好的快充性能。上述研究工作得到了國家自然科學基金（51773071, 52173163）和中國博士后基金（2020M672323, 2021TQ0115）等項目的資助。

計算機學院呂志鵬教授團隊斬獲EDA國際算法競賽冠軍

ICCAD會議始于1980年，是EDA領(lǐng)域歷史最悠久的頂級學術(shù)會議之一，其中CAD Contest算法競賽作為會議的標志性事件，長期以來受到國際學術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。每屆競賽的賽題均來自Cadence、Synopsys、Mentor Graphics、Nvidia、IBM等全球著名EDA或半導(dǎo)體公司的真實業(yè)務(wù)場景，涵蓋集成電路設(shè)計、制造與測試等環(huán)節(jié)中的核心算法難題，如邏輯綜合、布局布線、等價驗證、時序分析等。本屆CAD Contest算法競賽共有來自12個國家/地區(qū)的137支隊伍參與，包括眾多國內(nèi)外知名高校與研究機構(gòu)，如加州大學伯克利分校、東京大學、臺灣大學、香港中文大學、復(fù)旦大學等。

EDA是電子設(shè)計的基石產(chǎn)業(yè)，也被譽為“芯片之母”。本屆競賽的布局布線問題作為EDA芯片后端物理設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)，直接影響芯片的功耗、面積、時延等各項性能指標。其中，布局過程需將一系列電路單元放置于給定的長方體空間中；而布線過程則需將屬于同一個網(wǎng)的單元引腳用導(dǎo)線連接起來。參賽算法需要在考慮空間容量、電壓區(qū)、最小布線層、金屬層布線方向等眾多真實約束的情況下，確定每個單元在芯片內(nèi)的位置，并同時為每個網(wǎng)規(guī)劃無短路、無斷路的信號傳輸路徑，使得導(dǎo)線的加權(quán)總長度最短。呂志鵬教授團隊所設(shè)計的啟發(fā)式優(yōu)化算法，在冗余導(dǎo)線檢測、布線環(huán)路消除、并行化鄰域評估加速、布局調(diào)整最優(yōu)移動區(qū)域識別等多項關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)了突破。

在11月4日結(jié)束的EDA（電子設(shè)計自動化）領(lǐng)域的國際會議ICCAD 2021（計算機輔助設(shè)計國際會議）上，我校計算機學院呂志鵬教授團隊獲得了CAD Contest布局布線（Routing with Cell Movement Advanced）算法競賽的第一名。團隊成員還包括蘇宙行博士、研究生羅燦輝、梁鏡湖和謝振軒。

根據(jù)ICCAD 2021會議公布的競賽結(jié)果，該團隊所設(shè)計的算法在所有測試算例上均達到了競賽中的最優(yōu)結(jié)果。據(jù)悉，今年是該團隊首次參加ICCAD競賽。

呂志鵬教授所在實驗室自成立至今的40余年來，一直聚焦于NP難問題的求解算法與工業(yè)應(yīng)用研究，曾多次獲得國際算法競賽全球前三名，如：2021年GECCO“最優(yōu)相機布局與集合覆蓋”國際算法競賽第一名；2021年ISPD“晶圓級物理建模”切分布局布線國際算法競賽第三名；2020年GECCO“最優(yōu)相機布局與集合覆蓋”國際算法競賽第一名；2018年SAT國際算法競賽第三名；2017年SAT國際算法競賽第一名；2016年ROADEF/EURO“液化氣庫存路由”國際算法挑戰(zhàn)賽第三名；2010年國際護士排班算法競賽第三名；2008年國際大學排課表算法競賽第二名等。

物理學院低維物理與量子材料團隊在二維鐵電性的實驗觀測方面取得進展

鐵電材料具有穩(wěn)定的、可被外場調(diào)控的自發(fā)電極化狀態(tài)，在基礎(chǔ)科學研究和工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域均受到廣泛關(guān)注。近年來，理論和實驗的推進使得鐵電材料突破了常規(guī)的鈣鈦礦氧化物的范疇，以為In2Se3代表的二維鐵電材料表現(xiàn)出室溫下穩(wěn)定存在的本征鐵電行為，為實現(xiàn)鐵電功能型器件的小型化和集成化的道路上邁出了一大步。然而，最近的研究表明，In2Se3所特有的納米尺度條紋，并非源自于其鐵電性，而是反鐵電和鐵彈行為。因此，In2Se3的二維鐵電性還需要更多的實驗證據(jù)，而且單原子層極限下In2Se3的二維鐵電特性尚未有實驗報道，電場調(diào)控的鐵電轉(zhuǎn)變也鮮有實現(xiàn)。

11月9日，物理學院付英雙教授領(lǐng)導(dǎo)的低維物理與量子材料團隊以“Atomic visualization and switching of ferroelectric order inβ-In2Se3films at the single layer limit”為題在該領(lǐng)域權(quán)威學術(shù)期刊《先進材料》（Advanced Materials）上發(fā)表該課題組在二維鐵電性的實驗觀測方面取得的最新進展。物理學院博士生張志模為本文的第一作者，張文號副教授與付英雙教授為論文的共同通訊作者。華中科技大學物理學院為唯一研究單位。

在本論文工作中，付英雙教授團隊利用分子束外延（MBE）的材料制備技術(shù)，成功在石墨烯襯底表面外延生長出原子級別平整的單原子層InSe和In2Se3薄膜。并通過調(diào)控樣品生長條件，實現(xiàn)了InSe和In2Se3兩相之間的可控相變。對于二維層狀范德瓦爾斯的In2Se3薄膜，利用低溫掃描隧道顯微鏡/譜學（STM/STS）技術(shù)，同時觀察測到兩種類型（β'和β*）的條紋相共存。在鐵電性的疇壁上，由于電偶極矩的存在而引入凈的正（負）電荷，導(dǎo)致局域的費米能級向下（上）移動，最終造成不同方向的能帶彎曲。此種反平行的鐵電極化體現(xiàn)在原子臺階處周期性的原子起伏高度，其兩倍于條紋的周期（3.2 nm），代表邊界處積累了反向的正負電荷。此外，跨過不同反鐵電疇的 STS 線譜，也能清楚地觀察到電荷積累帶來的反向能帶彎曲效應(yīng)。這些都表明單層的β'-In2Se3中存在面內(nèi)的反鐵電性，且在室溫下穩(wěn)定。

團隊還研究了β'-In2Se3和β*-In2Se3之間的相變過程。實驗發(fā)現(xiàn)：β'-In2Se3經(jīng)常會自發(fā)地轉(zhuǎn)化為β*-In2Se3，意味著反鐵電-鐵電相變過程的發(fā)生。且相變存在一定的勢壘，需要外界電場（約為3 × 107V/cm）達到臨界值才能提供足夠的能量。此外，利用STM針尖產(chǎn)生的脈沖電壓（3.5 V/ 50ms），實現(xiàn)了β'-In2Se3和β*-In2Se3的之間可控相變過程，還能使得部分反鐵電條紋改變?nèi)∠�，獲得不同類型的反鐵電疇。

此項工作從實驗上觀測到單原子層極限下β'-In2Se3的反鐵電性和β*-In2Se3的鐵電性，獲得了實空間中鐵電特性的原子尺度可視化，并成功實現(xiàn)了兩相之間的電場調(diào)控。這表明：二維極限厚度下體系鐵電性仍然可以穩(wěn)定地存在。由此對于理解二維體系中鐵電性及反鐵電性的起源具有重要價值，且有助于實現(xiàn)In2Se3材料在非易失性鐵電存儲器件方面的實際應(yīng)用。

譚必恩教授團隊在共價三嗪框架薄膜制備研究中取得新進展

光催化水分解產(chǎn)氫是一種理想的太陽能利用手段，共價三嗪框架材料具有較好的可見光吸收能力，高的結(jié)構(gòu)共面性，豐富的氮含量及高穩(wěn)定性，已經(jīng)被證明是優(yōu)秀的聚合物基光催化材料。然而，以往報導(dǎo)的共價三嗪框架材料都是粉末狀態(tài)，對應(yīng)的粉末懸浮光催化系統(tǒng)存在催化劑回收和規(guī)�；�困難等問題。此外，以往報導(dǎo)的合成方法得到的不熔、不溶的粉末,難以加工，極大的限制了其器件化和實際應(yīng)用。

11月15日《自然·通訊》（Nature Communications）雜志在線刊發(fā)了化學與化工學院譚必恩教授研究團隊最新研究成果“固載型共價三嗪框架薄膜高效光催化水分解產(chǎn)氫” (Immobilized Covalent Triazine Frameworks Films as Effective Photocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction,Nature Communications.2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26817-4)。該文闡述了譚必恩教授團隊在共價三嗪框架薄膜制備方面的最新研究進展：采用脂肪胺介導(dǎo)的界面聚合法制備自支撐、透明、柔性、厚度和橫向尺寸可調(diào)的半結(jié)晶共價三嗪框架薄膜，從而實現(xiàn)了固載的有機半導(dǎo)體薄膜光催化系統(tǒng)的構(gòu)建，有望成為發(fā)展實際有效的光催化系統(tǒng)的關(guān)鍵手段。

圖1 脂肪胺介導(dǎo)的共價三嗪框架薄膜制備策略示意圖

譚必恩研究團隊以醛類化合物與脂肪胺形成的席夫堿中間體為前驅(qū)體，利用該前驅(qū)體在DMSO表面自組裝形成的氣液界面限域聚合反應(yīng)，實現(xiàn)了厚度（30nm-500nm）和橫向尺寸可控的共價三嗪框架薄膜的制備。其中薄膜的橫向尺寸可達18cm，約250cm2。進一步的，將該薄膜固載在玻璃表面，實現(xiàn)了固載平板型光催化劑的制備。該工作為共價三嗪框架及共價有機框架材料的薄膜制備及器件化提供了一種新的思路。

圖2 共價三嗪框架薄膜的光學照片及微觀形貌表征

我校為論文的唯一完成單位，譚必恩教授是論文的通訊作者，論文第一作者是化學與化工學院博士生胡勛亮，論文共同作者還包括化學與化工學院碩士生詹禛，上海同步輻射光源的張建橋博士，以及巴基斯坦拉合爾管理科學大學Irshad Hussain教授等。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃(2018YFE0117300),國家自然科學基金項目(22161142005, 21975086)和湖北省自然科學基金重點項目（2019CFA008）資助。

華中科技大學本科招生工作辦公室

來源 / 華中大新聞網(wǎng)

編輯 / 羅宇慧

校對 / 姚子藝

審核 / 胡濤