1 学术互动

1.1  学术报告

  在充分听取了对方的报告与初步讨论之后，双方在尾方教授的带领下在第一周结束之际结成了研究对子，就双方提出的问题进行单独讨论和具体的研究。其中针对铜和银中氦对空位扩散的分子动力学模拟和第一性原理计算，王敏同学与日方的杜俊平研究员和耿文通研究员进行了深入的探讨与研究。首先利用第一性原理计算氦对空位扩撒的作用，其次用分子动力学模拟计算多个氦离子以及多个空位间的相互作用。初步的计算结果显示单个的氦离子的确能加速空位的扩散，但当氦离子增多会挤出晶格点上的原子增加空位数量导致空位相互聚集，从而阻碍扩散。其余还有高熵合金中变形机制、铝纳米线的扩散机制等都进行了深入的研究和探讨，并取得了一定的成果，后续还会有更加深入的合作，有望在国际知名期刊合作发表学术论文。  

1.2  计算材料学研讨班

  在精彩的学术报告之后，日方为代表团安排了为期两天的计算材料研讨班。耿文通教授、君塚肇教授和杜俊平教授深入浅出介绍了计算材料学中最主要的研究方向，即密度泛函理论计算和分子动力学模拟，以及Linux系统和高性能机群的使用方法，并且带领成员们进行了简单的上机实践。由于小组成员在此之前对计算材料学并不熟悉，因此在上机过程中出现了不少问题，比如Linux系统的基本指令，计算过程的程序实现等。而日方老师和同学们提供了非常大的帮助：除了事先为每人准备全新的笔记本电脑以供上机使用之外，在上机过程中，老师们也进行了非常细致耐心的讲解，Miyoshi、Sato等同学也提供了热心的帮助，正是由于他们的辛勤付出成员们才顺利地完成了上机实践，再次对他们表示由衷地感谢！

日方课前准备调试电脑以及课堂景象

2 参观学习

  在充实的科研交流之余，尾方教授也为我们安排了丰富的参观活动，希望我们可以全方位地了解这个城市与国家。而这些参观地点也是经过精心挑选，与我们的研究手段以及方向密切相关，让人受益匪浅。

2.1 初识大阪大学

  早上的大阪市阳光明媚，我们一行人在尾方教授的带领下向大阪大学博物馆出发。博物馆极具趣味性，让大家印象深刻。

大阪大学博物馆外观及馆内化石，食堂里合照

  一楼包括两个展厅，在第一个展览馆“计算机的黎明”，我们看到大阪大学在在第二次世界大战后开始便开始了真空管计算机的研究和原型设计。为未来铺平道路的研究人员全面开发了内部编程的EDSAC模型二进制计算系统，但由于后期预算限制和人力资源缺乏，发展滞后，由于国内晶体管型商用计算机的引入，系统在最后调整阶段完全停止。大阪大学真空管道计算机的开发是日本首批此类项目之一，它在开创计算机未来发展方面发挥了重要作用。

  在“世界领先的研究者”展馆里，我们膜拜了日本诺贝尔奖获得者第一人——汤川秀树和他的诗作，从他的诗作里可以发现一个物理学家的情怀。1935年，当时在大阪帝国大学理学部物理实验室担任讲师的汤川秀树（当时27岁）发表了题为“关于基本粒子相互作用的论文”（第一篇论文）在介子上，它提出了一种称为“介子”的未知粒子的存在：质子和中子之间的结合力（核力）的载体，它包含一个核。这一理论在1947年通过实验得到证实，并且汤川获得诺贝尔物理学奖“因为他在核力量理论工作的基础上预测了介子的存在。

  二楼的展厅让我们倍感熟悉与亲切，作为经常与电子透射显微镜打交道的实验型研究生，我们再次温习了光学显微镜，电子显微镜和超高压电子显微镜的工作原理。此外，日本第一台电子显微镜在这里诞生。1934年，Eizi Sugata在德国发明电镜之后开始研究射型电子显微镜，第一台日本电子显微镜也于1939年建成。在实验区我们亲自体验了初级光学显微镜，根据列文虎克原理，看到被放大的密封的翅膀，蚊子的触角等等。

  了解一所学校必不可少的要了解它的校史。江户时代，大阪大学被叫做Kaitokudo，它成立于1724年，有点类似中国古代的私塾，直到 1726年，它才被官方公认为幕府的大阪学术机构。它将新儒学教授为政府学校，但也大胆地将西方教义纳入医学和天文学，并在1869年结束之前一直作为日本西部学术界的中心。

  科研人员钻研的精神真是无处不在，这不在三楼展馆我们看到研究人员在大阪大学丰中校区（也就是我们参观的地方）Machikaneyama这个地方的古代生物，地质转型以及目前栖息在Machikaneyama的生物的生活习性等相关研究。比如1964年发现的巨大的鳄鱼化石是日本脊椎动物古生物学研究历史上非常有价值的学术标本。

2.2     细察特色科研院所

  2018年8月24日，在尾方教授的带领下，我们参观了位于大阪大学吹田校区的激光工程研究所(Instituteof Laser Engineering)、超高压电子显微镜研究中心(ResearchCenter for Ultra-High Voltage Electron Microscopy)和核物理研究中心(Research Center forNuclear Physics)。在参观过程中，各实验室的讲解员给我们详细地介绍了相关设备的基本原理和主要用途。

  我们首先参观了激光工程研究所的激光快速点火装置(Laserfor Fast Ignition Experiments, LFEX)。该激光装置能够输出世界上最高的脉冲能量，其能在1 fs的时间内输出2.0 kJ能量，对应功率为2.0 PW。此外，该实验室还拥有一套激光XII号系统，这是日本最大的激光系统之一。它拥有十二束激光，并且经过270 m的传播之后能将十二束激光聚焦到0.01 mm的一个点上，对应输出功率能高达3.5 TW。在这里，通过讲解，我们了解到，该实验室的激光装置用途广泛，主要集中在光子束科学(PhotonBeam Science)、高能量密度科学(HighEnergy Density Science)、激光核聚变科学(LaserFusion Science)以及理论和计算科学(Theoryand Computational Science)。

  随后，我们在Ogata教授的带领下，参观了超高压电子显微镜研究中心，由于我们的主要研究离不开透射电镜，而之前也再文献中总能看到超高压电镜的身影，因此格外充满了期待。这里的核心设备是一台日立公司生产的型号为HitachiH-3000的超高压电子显微镜。该显微镜与众不同的地方在于其加速装置能实现3.0 MeV的加速电压，从而使电子在材料中具有更高的穿透力。经过3.0 MeV加速电压加速的电子能穿过的样品厚度是100 keV电子显微镜的15倍。同时，该超高压电子显微镜拥有高度和直径为22 mm的样品仓，这些特点使得该超高压电子显微镜能够实现各种各样的功能。比如能够插入原位力学加载所用的力学杆、用于实现低温实验的样品杆、加热温度高达2000°C的加热台和生物样品所用的样品室，这些能帮助我们对材料在各种环境和加载下的行为进行更全面深刻的理解。比如：原位观察锆中氢化物的形成、原位观察高温下陶瓷晶界迁移促使烧结产生的空洞湮灭和激光辅助原子注入。而这些是我们这些和电镜密切相关的研究者最希望能看清和做到的事，所以同学们在听取介绍的过程中不时发出惊叹。而在参观的最后，我们也询问了工作人员是否可以在这里进行实验，工作人员表示只要课题有意义，是欢迎来这里使用其设备进行研究的，这给我们带来了新的希望。

  在行程的最后，我们参观了核物理研究中心，该中心的研究都是基于一台环形回旋 加速器。为了研究飞米尺度的原子核结构，必须使用高能粒子与物质相互作用产生信号。带电粒子(质子、重原子核)经过一级加速器后被加速至0.35倍光速，再进入环形回旋加速器加速至0.7倍光速，随后经过超高分辨率磁分光仪将被加速粒子进行筛选，使需要的高能粒子与靶材相互作用，从而实现原子核结构研究、基本粒子的性质研究、寻找新的强子物质和探索宇

依次为核物理研究中心、超高压电子显微镜研究中心和激光工程研究所前的合照

  尽管因为2018年6月18日的大阪地震，所参观的设备皆处于调试状态，无法进行演示实验，但一整天的参观仍然让我们感到收获满满。一方面，我们了解到了更多先进的自然科学研究方法及其基本原理，这让我们在今后的研究中有更多方法可以选择；另一方面，我们感叹日本对基础研究工作的重视之深。同时，这些大型基础研究设备的国产化反应了日本先进的工业制造能力，而这样的基础研究又能反哺工业制造，从而形成良性循环，这值得我们学习和借鉴。

2.3     深入企业之行

  8月31日，在Ogata教授的带领下我们一同参观了位于大阪的日立高科（HitachiHigh-Technologies）分公司。

  进入日立公司我们首先在会议室观看了日立高科的中文宣传视频，从中大概了解了日立公司的发展状况、经营理念、业务范围等。日立高科是一家以纳米科技为核心科技的高科技公司，其业务范围主要包括科学&医学系统、电子装置系统、工业系统和先进的工业产品，其中尤以电子显微技术最为突出。从“探秘肉眼所无法看到的微小物体”到“从纳米世界的精确观察测量”，依托先进电子光学技术日立高科成为全球在纳米科技领域发展最好的企业之一。日立生产的电子显微镜被广泛应用于科学研究，以及电子器件的测试分析，具有相当强大的市场竞争力。

  接下来，我们在日立工作人员的陪同下一起参观了位于楼下的测试分析实验室。实验室的先进扫描电镜给我们留下了深刻印象，该扫描电镜有多个探头用来成像，最终在软件中可以合成出具有3D效果的图片。通过这种方法，该扫描电镜还可以实现微纳尺度样品的三维重构以及三维建模。用三维建模的文件，他们甚至可以3D打印出等比例宏观的模型，更直观地观察微纳尺度下样品的形貌。除此之外，我们还参观了元素分析精度可达ppm量级的原子光度仪，X-ray 膜厚测试仪，以及热分析仪等分析测试装置。日立高科的先进仪器制造水平确实令我们印象深刻，我国似乎还不具备这些先进仪器的生产能力，大量依靠国外进口，价格高昂，维护困难，这有赖于我等长期的努力，使中国制造向高端制造领域逐步迈进。

日立高科门前的合照

  参观完实验室后，我们同日立工作人员开展了座谈会。会间以提问的方式，我们了解到日立公司的强大技术能力离不开他们与日本高校之间的紧密合作，这使得成果能够快速的转化为技术竞争力。

  通过对日立高科的参观访问，我们感受到了日本企业开放包容的企业文化，先进的管理制度以及强大的科技竞争力，这也激励我们不断前进，努力消除我国在基础研究设备仪器方面研发制造的短板，不要总让“做不了”“看不清”等问题成为我们科学研究中的拦路虎。

3 心得体会

  此次得益于JST支持的樱花科技计划，我们能有幸成为西安交通大学材料学院第一支被资助前往日本交流的团队。我们的成功出行离不开负责材料学院国际交流的刘晓婷老师的帮助，也幸有好的接待团队-尾方成信教授课题组，最终还应该感谢团队内部良好的分工合作。既有部分同学前期广泛的日方学校信息搜集与筛选，也有同学们与日方的密切邮件联系，还少不了所有人在关键时刻的集思广益。我们带着学术交流与开拓合作的任务而去，不论是准备报告或是讨论交流，每一位同学都全身心得投入其中，这不仅仅是因为责任，也有源于身为交大材料人的荣誉感，身为CAMPers的使命感。我们和尾方成信课题组的交流高效顺利，并且在一些课题上达成了合作，期望这些合作能开出丰硕的果实。

  此次赴日的经历一波三折，但是有惊无险。我们记住的将不只有绮丽的风景和美味的食物，更是高度发达的文明与科学，有序的社会制度和严谨的做事态度。我们曾惊诧的细节也会指引我们今后的努力，在不断交流和学习当中，我们会做得更好。