科学家寻找半导体材料特性背后的答案

内布拉斯加大学林肯分校化学助理教授郭寅生也希望改变本科生和研究生物理化学的教学方式，因为他们常常难以理解课堂所学并将其应用到实验室和STEM工作场所。

郭的研究和教学项目由美国国家科学基金会教师早期职业发展计划提供的为期五年、价值648,335美元的拨款资助。

“光伏技术在能源组合中的重要性将在全球和美国继续增长，”郭说。“对新技术的持续投资和创新推动了这种增长。”

金属卤化物钙钛矿(或MHP)“在过去十年中已成为明星材料”，代表了这些技术的一个主要分支。钙钛矿是一组具有由金属和氧化物或卤化物离子组成的互连八面体单元的独特晶体结构的材料。广义的钙钛矿家族以其超导和铁电特性而闻名，引起了基础科学和材料工程的兴趣。随着科学家们对MHP吸收和发射光子以及用于收集电力的能力有了更多的了解，钙钛矿已经成为一种更便宜、更容易扩大规模的硅替代品，用于能源技术。

郭说，MHP可用作多种应用的半导体材料，包括太阳能、固态照明、激光器、光电探测器和一般光电应用。

然而，郭说，“尽管进行了深入的研究，但对许多杰出光电特性的起源仍然缺乏全面、一致的认识。”他的研究目标是回答有关MHP的基本问题。

郭说，考虑到MHP是容易出现缺陷的低温溶液加工材料，其卓越的性能令人惊讶。他和他的研究团队将致力于量化和控制MHP独特的结构动力学，以更好地了解其卓越的电子特性，以便进一步开发和商业化。

最终，更好地理解MHP的设计原理可能有助于开发其他新兴材料。

郭还致力于改变学生学习物理化学的方式。

“化学是核心科学，是生物医学和材料领域进步的物理基础，”郭说。“对物理和化学原理的良好概念性理解能够增强未来的科学、技术、工程和数学劳动力。”

郭说，作为一名教师，他观察到本科生和研究生都在概念理解上遇到困难，而学生早期学习物理科学的方式的差异可能会加剧这种理解。

“学生的学习常常是分割的，”郭说。“本科生往往抱有应试心态，认为课程内容和技能无法应用于他们的职业和生活;研究生经常面临将课程内容转化为研究技能的挑战。”

通过他的职业项目，郭将开发一种计算和体验方法来应对物理化学教学的挑战。郭表示，他将利用现成的计算资源来打破学习障碍，并通过主动的体验式学习让学生更好地理解概念。

当机器智能发挥着不可或缺的作用时，计算素养也是下一代进入STEM劳动力队伍的重要因素。建立了计算技能后，学生将被引导进一步探索科学数据，包括将光谱(光强度的视觉表示)映射到音符。这个想法是产生分子编码的音乐作为科学和艺术之间的桥梁。

美国国家科学基金会的职业奖旨在支持那些通过杰出的研究、卓越的教育以及教育与研究的融合体现教师学者角色的准终身教职人员。