美国能源部投入6.7亿美元支持基础前沿研究
3月,美国能源部(DOE)宣布2项资助信息,共投入6.72亿美元支持能源基础前沿研究。
1、能源前沿研究中心。3月3日,DOE科学办公室宣布将投入3.52亿美元,用于新一轮“能源前沿研究中心”(EFRC)资助。该计划的核心目标是通过支持严谨的任务驱动型基础研究,加速关键矿产、量子计算和先进制造等领域的科学突破,从而巩固美国在全球的技术领导地位和国家安全[1]。此次资助重点聚焦两大类基础科学挑战:
(1)特别主题。包括4个方向:控制量子现象以实现非常规计算范式,旨在利用可控的量子现象克服传统计算瓶颈,探索新的计算与学习原理,主要面向数据密集型计算的神经形态计算、储层计算和光学计算等非常规框架;开发及集成用于材料与化学发现的AI/机器学习模型,应用于量子材料和催化系统的微观机制推断和新材料预测,以大幅缩短从实验数据到模型建立的时间;复杂化学系统中的涌现现象,在分子层面创造、控制和利用涌现现象及非平衡过程,探索组件间的动态交互及系统集成,进而推动节能和高效的化工制造系统;关键矿物和材料的基础科学,研究关键矿物的选择性分离、提取、释放与化学转化的基本物理和化学机制,通过分子级创新机制克服异构资源提取的困难,实现能够与美国现有加工供应链兼容的高效转化过程。
(2)基础能源科学主题。包括7个方向:加速核能创新的基础科学;地下裂隙与流体流动控制;下一代电能存储;变革性制造;微电子学;化学与材料科学中的量子计算;下一代量子系统基础研究。
2、开创性科学研究。3月27日,DOE宣布投入超过3.2亿美元支持217个大学和行业研发项目,旨在拓展科学前沿和关键核心技术攻关[2]。
(1)材料科学与工程。聚焦对先进合金、金属有机框架、二维材料和高性能高分子材料等新材料的开发和理解,研究材料合成路径、精细表征与缺陷调控,及其在高温高压极端环境下的服役行为,应用领域包括储能、微电子学、量子信息科学和结构部件等。
(2)等离子体与聚变科学。围绕聚变能高温等离子体的物理理解与精准控制,重点探究托卡马克、仿星器等装置中等离子体约束、稳定性、湍流演化及等离子体-材料相互作用,并将根据聚变能里程碑开发计划,对达成里程碑进展的研究进行支持。
(3)核与粒子物理。探寻从夸克、胶子等亚原子粒子到原子核的物质基本结构,采用先进理论框架、计算方法和实验技术,深化对强相互作用、核反应机制及奇特核性质的研究,并对暗物质及超越标准模型的新物理前沿进行探索。
(4)化学与分子科学。揭示化学键断裂与形成、分子相互作用等底层机制。重点研究化学与结构动力学、高分辨分子光谱学及催化科学,破解电子转移过程、界面分子行为等科学难题,提升定向化学转化的效率与选择性。
(5)量子信息科学与先进计算。利用量子力学和先进计算方法,开发计算、传感和通信的新范式,研究量子算法、量子混沌理论和量子纠缠。
(6)核反应堆及防扩散先进传感器和材料,面向下一代核反应堆开发先进传感器和核燃料包壳,将增强现实技术用于核反应堆操作员培训,改进核不扩散检测技术。
(岳芳 冯瑞华 张超星)
[1] Energy Department Announces $352 Million for Energy Frontier Research Centers to Accelerate Science Underpinning Energy Technologies. https://www.energy.gov/science/articles/energy-department-announces-352-million-energy-frontier-research-centers
[2] U.S. Department of Energy Invests $320 Million in Pioneering Scientific Research. https://www.energy.gov/science/articles/us-department-energy-invests-320-million-pioneering-scientific-research