张伟培训课件

张伟培训课件专业知识与实战技能全解析第一章张伟教授简介与研究背景学术背景张伟教授现任西安交通大学材料科学与工程学院教授，物理学博士，曾在德国亚琛工业大学完成博士后研究工作研究专长张伟教授的科研成就顶级期刊发表荣誉与奖项代表性研究在、等国际顶尖期刊发表多荣获德国奖章及西安交通大学青年突破性论文Nature ScienceBorchers Reducingthe stochasticity篇高影响力论文，引领材料科学研究方向拔尖人才称号of crystalnucleation toenablesubnanosecond memorywriting科研一线的探索者第二章培训目标与课程结构0102理论基础构建前沿技术理解系统掌握先进电子材料的基础理论知识，理解材料结构与性能的内在关系深入理解相变存储材料的工作原理、应用场景及面临的技术挑战03计算方法学习实践技能培养学习并掌握第一性原理计算方法，能够运用理论工具预测材料性能基础知识导入WEB架构简介基础基础B/S HTML CSS浏览器服务器架构是现代应用的基础理超文本标记语言是网页结构的核心通层叠样式表负责网页的视觉呈现控制布局、/Web,HTML,CSS,解客户端与服务器之间的交互机制是开发科研过标签定义内容的组织形式和语义颜色、字体等样式属性展示平台的关键掌握这些基础技术能够帮助科研人员更好地展示研究成果构建专业的学术网站和数据可视化平台,,核心标签详解HTML12结构标签文本标签容器标签用于页面布局分区标题标签定义内容层级div:,h1~h6:,表单标签收集用户输入段落标签组织文本内容form:,p:,34列表与表格媒体标签表格标签展示结构化数据超链接连接不同页面table:,a:,无序列表罗列要点信息图片标签插入视觉元素ul:,img:,画布标签绘制图形canvas:,重要提示标签必须成对使用（开始标签和结束标签），浏览器通过解析这些标签来渲染页面内容HTML选择器与常用属性CSS三大选择器类型标签选择器直接使用标签名如选择所有段落:HTML,p{}选择器使用符号如选择特定元素id:#,#header{}id类选择器使用符号如选择特定类元素:.,.container{}常用样式属性设置文字颜色color:控制字体大小font-size:定义背景颜色background-color:添加阴影效果box-shadow:结构与表现的完美结合定义内容结构赋予视觉表现两者协同工作创造出美观且功能完善的网页HTML,CSS,理解这种分离设计理念是现代开发的基础Web第三章相变存储材料基础相变存储原理相变存储技术利用材料在晶态和非晶态之间的可逆转换来存储数据这种转换伴随着电阻的显著变化可以被用来表示和两种数字状态,01典型应用场景高速非易失性存储器•神经形态计算芯片•嵌入式系统存储单元•数据中心存储架构•关键材料₂₂₅及其特性Ge Sb Te材料组成₂₂₅是最经典的相变存储材料由锗、锑和碲三种元素按Ge SbTe GST,Ge SbTe比例构成2:2:5核心特性快速晶体非晶态转换能力•-高对比度电阻差异•良好的循环稳定性•可通过电流或激光诱导相变•转换机制在加热和快速冷却过程中材料的原子排列发生变化从有序的晶态转变为无序的非晶态,,,或反向转变张伟教授关于相变材料的突破性研究减少晶核随机性缺陷工程研究磁性掺杂调控通过精确调控材料结构实现了更可控的晶核系统研究了缺陷与空位对材料性能的影响机制创新性地引入磁性元素掺杂实现对存储材料,,,形成过程将写入速度提升至亚纳秒级别为优化存储性能提供理论指导电学和热学性能的精确调控,这些突破性研究成果显著提升了相变存储器的性能指标为下一代存储技术的商业化应用扫清了关键障碍,第一性原理计算简介方法方法性能预测DFT DFMD密度泛函理论是量子力学计算的核密度泛函分子动力学结合了量通过计算材料的电子结构、能带结构和态DFT DFMD心方法通过求解电子密度分布来预测材料子力学与统计力学可模拟原子运动和密度可以预测其光学、电学和力学性能,,,性质相变过程典型应用案例以₂₄材料为例通过第一性原理计算模拟其结构调控过程优化掺杂元素种类和浓度预测相变温度和电阻变化指导实验设计并验证理论模型的GeSb Te,,,,准确性理论与实验的桥梁计算机模拟技术使我们能够在原子尺度上观察材料行为预测实验结果大大缩短了材料,,研发周期降低了研究成本,第四章实操技能与案例分析实验设计的核心要素前期准备结果分析明确研究目标和假设运用统计方法处理数据••选择合适的材料体系识别数据中的规律和异常••设计对照实验方案与理论预测进行对比••准备测试设备和环境评估误差来源和影响••数据采集结论验证使用高精度测量仪器检验结果的可重复性••多次重复实验确保可靠性与文献报道进行比较••详细记录实验条件和参数探讨结果的科学意义••实时监控数据质量提出改进和优化建议••典型案例硅的晶体非晶态转变观察-TEM实验背景利用透射电子显微镜原位观察硅材料在受控条件下的相变过程这是理解相变存储机制的关键实验技术TEM,关键发现相变速度晶体到非晶态的转变可在纳秒级时间尺度内完成:界面特征相变界面呈现出清晰的结构差异可通过电子衍射图谱确认:,可逆性通过精确控制加热和冷却速率可实现多次可逆相变:,缺陷影响晶体缺陷作为晶核形成的优先位点影响相变的空间分布:,这个案例展示了先进表征技术在材料研究中的重要作用为理论模型提供了直接的实验证据,解决问题策略教学列表整理法图示呈现法将复杂问题分解为若干子问题逐一列出需要解决的要点建立清晰的任务清通过流程图、思维导图等可视化工具直观展现问题结构和各要素之间的关系,,,单枚举分析法逆推策略法系统地列举所有可能的情况和解决方案通过比较分析找出最优选择从期望的结果出发反向推导需要满足的条件和步骤特别适用于实验设计,,,假设验证法问题转化法提出合理假设设计实验进行验证根据结果调整假设循环迭代直至找到答案将陌生或复杂的问题转化为熟悉或简单的形式借鉴已有经验和方法求解,,,,逆推策略在实验设计中的应用第二步反推条件第一步明确目标分析实现目标所需的材料结构特征、组分配比和制备参数确定期望获得的材料性能指标如相变速度、循环寿命、能耗等,第四步实施验证第三步设计路径执行实验方案测试材料性能评估是否达到预期目标并优化,,规划从原材料到目标产物的制备工艺流程和关键控制点这种逆向思维方式能够帮助研究者更有针对性地设计实验提高科研效率减少试错成本,,课堂互动示范数据可视化分析数据解读要点通过图表可以清晰观察到:电阻稳定性随着循环次数增加电阻值略有下降但保持在可接受范围:,写入速度优化经过多次循环后写入速度有所提升说明材料结构趋于稳定:,,性能退化分析在万次循环后性能仍保持在初始值的以上:10,80%小组讨论议题如何进一步优化存储材料性能循环次数电阻写入速度Ωns调整材料组分配比

1.引入掺杂元素改善结构稳定性

2.优化制备工艺参数

3.改进器件结构设计

4.理论结合实践提升动手能力通过亲手操作实验设备、分析实验数据学员能够深化对理论知识的理解培养独立解决科研问题的能力,,第五章前端技术在科研中的应用科研成果展示网站实验数据可视化平台在线协作与资源共享利用和构建专业的课题组网站使用和技术开发交互式搭建基于的实验记录系统和文献管理HTML CSS,JavaScript CanvasWeb展示研究方向、团队成员、论文成果和实数据可视化工具将复杂的实验数据转化为平台促进团队成员之间的协作和知识共享,,验设备提升学术影响力直观的图表和动画,蓝鲸平台介绍与使用MagicBox平台特色蓝鲸是一个功能强大的前端开发平台提供丰富的组件和开MagicBox,UI发工具特别适合快速构建科研管理系统,核心功能可视化开发拖拽式界面设计降低开发门槛:,组件库预置大量常用组件提高开发效率:UI,响应式布局自动适配不同屏幕尺寸:数据集成轻松对接后端和数据库:API典型应用实验室信息管理系统、科研项目进度追踪平台、仪器设备预约系LIMS统等扩展资源与工具推荐蓝桥云课百战程序员技术文档库学术论文数据库提供系统的编程和前端开发课程涵专注于实战项目教学通过大量案例、等通过、,,MDN WebDocs W3Schools Webof ScienceGoogle盖、、等技帮助学习者掌握开发技能提供权威文档资源是前端开发者不可或等平台查阅最新研究进展HTMLCSSJavaScript Web,,Scholar,术栈适合初学者入门从基础到进阶的完整学习路径缺的参考资料下载相关技术论文,未来趋势与挑战2024-20252029-2030新材料探索开发更高性能的相变存储材料如基产业化应用相变存储技术在数据中心、移动设备等领,Sb-Te合金、₂₃超晶格结构域实现大规模商业应用GeTe-SbTe12342026-20282031+辅助设计机器学习算法预测材料性能加速新材料筛绿色可持续开发环境友好型材料和低能耗器件满足可AI,,选和优化过程持续发展需求面对这些发展趋势我们需要不断创新研究方法加强跨学科合作培养具有全球视野的科研人才,,,创新引领未来科技创新是推动社会进步的核心动力在材料科学和信息技术融合发展的时代我们有责,任和机遇创造更美好的未来课程总结与知识点回顾理论知识实操技能思维方法相变存储材料的工作原理和应用实验设计与数据分析能力逆推策略和假设验证•••第一性原理计算方法和实践计算模拟软件的使用系统分析和枚举法•••材料结构与性能的关系科研展示网站的构建可视化思维和图示表达•••前端技术基础问题解决策略的应用跨学科综合思考•Web••通过本课程的学习您已经掌握了材料科学研究的核心理论和实践技能具备了独立开展科研工作的能力,,学员常见问题答疑如何选择合适的相变存储材料Q1:答需要综合考虑相变温度、电阻对比度、循环寿命、成本等因素材料是经典选择但对于特定应用可能需要开发新型材料建议先通过第一性原:GST,理计算筛选候选材料再进行实验验证,计算模拟中常见的误区有哪些Q2:答常见误区包括忽视模型的适用范围、过度依赖默认参数、忽略收敛性检验、不考虑温度效应等建议系统学习计算方法的理论基础仔细验证计算参::,数并将结果与实验数据对比,实验设计需要注意哪些事项Q3:答关键注意事项包括明确研究目标、设置合理的对照组、控制单一变量、确保样品质量、选择合适的表征手段、多次重复实验、详细记录实验条件::实验前应充分调研文献参考成熟的实验方案,互动环节案例讨论与经验分享成功案例失败教训学习心得通过优化制备工艺参数我们将材料的相变最初忽视了环境湿度对材料性能的影响导系统学习第一性原理计算后我的科研效率,,,速度提升了循环寿命延长了致实验结果重复性差后来严格控制实验大幅提升理论预测能够指导实验方向减少30%,50%,条件后问题得到解决了盲目试错届优秀学员李明届学员王芳届学员张强——2023——2022——2023建议学员建立学习笔记和经验库及时总结研究心得形成自己的知识体系和方法论,,结业考核与认证说明0102理论测试实操考核涵盖相变存储原理、计算方法、前端技术等核心知识点采用选择题和简答完成一个综合性实验项目或计算任务包括方案设计、数据分析、结果展示,,题形式总分分及格线分等环节评估实际操作能力,100,70,0304项目答辩证书颁发向评审专家展示考核项目的完成情况回答相关问题展现对知识的综合运通过考核的学员将获得由西安交通大学和张伟教授联合签发的结业证书证,,,用能力和创新思维明专业能力水平考核时间安排在课程结束后一周内具体日期将提前通知考核通过率历年保持在以上,85%后续学习支持与社区建设持续学习资源在线答疑每周三晚点张伟教授在线解答学员问题:8-9,文献共享建立云端文献库定期更新最新研究论文和技术资料:,实验室开放日每月最后一个周六欢迎学员参观交流:,年度研讨会组织学员分享研究成果促进学术交流:,学习社区平台我们建立了专属的在线学习社区包括讨论论坛、资源下载区、项目协作空间等功能模块学员可以持续获得技术支持与同行交流经验共同成长进步,,,。