简介：
马秀良，男，满族，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者（2003年）。现任中国科学院物理研究所研究员、松山湖材料实验室研究员、大湾区显微科学与技术研究中心负责人。长期致力于晶体学与材料电子显微学研究，是我国材料电子显微学领域具有国际影响力的学术带头人。
1988年毕业于大连理工大学材料工程系。曾师从我国著名冶金学家、晶体学家、中国电子显微事业的奠基人之一郭可信先生，在中国科学院北京电子显微镜实验室和大连理工大学从事十次对称准晶及复杂合金相的冶金学和晶体学研究，1991年获硕士学位，1994年获博士学位。
1995—2005年间先后在德国多特蒙德大学、日本精细陶瓷研究中心、东京大学、香港城市大学及德国尤利希（Juelich）研究中心等地从事固体材料结构与缺陷的高分辨电子显微学研究。
作为改革开放后较早一批有机会接受透射电子显微学专业性熏陶的学者之一，马秀良研究员30余年致力于晶体学与材料电子显微学研究。他曾长期任职于我国材料科学与工程领域的重要基地之一中国科学院金属研究所（2001—2022）。先后担任沈阳材料科学国家（联合）实验室固体原子像研究部主任（2006—2018），沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部主任（2018—2022），中国科学院金属研究所第十二届学术委员会主任（2018—2022）。
2020年，应中国科学院物理研究所的邀请，他全时任职于松山湖材料实验室并负责命名、组建和运行大湾区显微科学与技术研究中心；提议、协调和组织成立粤港澳大湾区显微科学与技术联盟理事会，深入探索“一国两制”下科教创新发展的新范式，该联盟现已成为粤港澳交叉开放的新窗口。
现兼任中国电子显微学会副理事长、常务理事；中国电子显微学会物理与材料专业委员会主任；中国微米纳米技术学会副理事长；中国物理学会固体缺陷专业委员会委员；Scientific Reports编辑委员会委员；APL Materials编辑咨询委员会委员；Materials Letters期刊编辑委员会委员；Progress in Natural Science—Materials International编辑委员会委员；中国科学院物理研究所先进材料与结构分析实验室学术委员会委员；松山湖材料实验室学术委员会委员；广东省信息功能氧化物材料与器件重点实验室学术委员会委员；粤港澳量子科学中心（广东）关键核心设备研究部首席科学家。
主要研究方向：
1、晶体结构与缺陷的三维原子构型图谱；
2、基于铁电极化的量子材料构筑及其亚埃尺度结构调控；
3、针对海洋、深海及微生物腐蚀等基础科学问题的像差校正电子显微学解析；
4、高性能金属结构材料近使役条件下的结构与性能关系研究
过去的主要工作及获得的成果：
马秀良研究员长期致力于材料基础科学问题的透射电子显微学解析。相继在Science、Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology等具有重要影响力的国际学术期刊上发表论文300余篇，相关工作被Science 和Nature推介和点评。曾获德国“洪堡”基金（1995）、中科院“百人计划”（1999）、美国ISI经典引文奖（2000）、国家杰出青年科学基金（2003）、国务院政府特殊津贴（2006）、新世纪百千万人才工程国家级人选（2009）、郭可信教育基金会“郭可信杰出学者奖”（2016）、中国电子显微学会“钱临照奖”（2018）、辽宁省自然科学一等奖（2020）、广东省五一劳动奖章（2023）。主持完成国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重点项目、中科院前沿科学重点研究项目、科技部973课题等多个科研项目。
主要学术贡献如下：
1、发现并确定20余种晶胞参数以斐波那契数列渐进膨胀的大单胞新合金相，提出准周期相是斐波那契数列晶体中的极限成员（单胞无穷大）这一重要观点，为准周期晶体的结构解析提供了新方法。
基于晶体学的物相解析是冶金学和材料科学的核心内容之一。晶体学的实验基础是上个世纪初开始建立起来的X射线衍射，但利用X射线衍射解析晶体结构通常需要一定大小的单晶体，多相共生情况下的小尺度新物相难以得到解析。电子束在磁场下可以聚焦，使得电子显微镜能够在极小尺度下通过电子衍射给出结构信息，并与实空间图像相对应，因此电子衍射晶体学不仅是X射线晶体学的重要拓展，更是现代材料科学的重要组成部分。
马秀良利用微区电子衍射在Al基合金中发现并确定20余种晶胞参数以斐波那契数列(Fn+1 = Fn + Fn-1)渐进膨胀的大单胞(1.5 ~ 8.4nm)新合金相，提出准周期相是斐波那契数列晶体中的极限成员（单胞无穷大）这一重要观点，为准周期晶体的结构解析提供了新方法。这些斐波那契数列晶体的发现不仅为当时中国的准晶实验研究走在国际前列做出了贡献，同时也以其新物相中的数学规律诠释了晶体科学中的艺术之美。代表性论文(Metall. Trans. 1992)被认为是自1981-1998年间在中国大陆完成的最具影响力的47篇学术论文之一，因此于2000年获美国ISI经典引文奖。国际著名冶金学家Robert W. Cahn和Peter Haasen、法国晶体学家Jean-Marie Dubois、日本电子显微学家M.Tanaka等国内外知名学者在其重要学术专著中对这些工作进行了引用和评述。应高等教育出版社的邀请并受中国科学出版基金的资助，马秀良历时八年时间将他30多年有关电子衍射晶体学方面的系统性研究成果总结成70余万字的学术专著(《晶体结构与缺陷的电子显微分析实验案例》)，其内容涵盖他自20世纪80年代末师从郭可信先生起至近年带领研究团队在有关利用电子衍射解析复杂合金相结构方面所积累的主要实验案例，涉及周期性晶体14种布拉维点阵中的13种点阵类别以及部分准周期晶体，共40余种物相。以“案例”的形式梳理电子显微学及晶体学基础知识、展示如何通过对材料基础科学问题的再认识从而对经典问题产生新理解、分享发现的乐趣、传授30余载学术经验，这种传承理念正是他长久以来深怀的责任和义务。
2、提出基于铁电极化的亚埃尺度结构调控新思路，发展基于像差校正电子显微成像的定量电子显微学新方法，发现一系列新型铁电拓扑结构，将铁电存储单元的尺寸由原来的100纳米缩小至2-3纳米。
铁电体中晶胞内正负电荷中心不重贴是铁电极化的结构起源。铁电极化可以在外加电场的作用下发生反转，因此可用来记录二进制信息的“1”和“0”。然而，小尺寸的铁电体在自发去极化场的作用下极易失稳，难以满足大数据时代器件小型化的需要。自上世纪八十年代起，物理学家就相继预测在一定的条件下铁电材料中可能出现极化拓扑结构。这类拓扑结构尺寸小且具有拓扑保护性，理论上该结构在信息处理、传输、存储等方面具有重要的应用价值，尤其是可带来超高密度的信息存储功能。但经过数十年的探索，铁电材料中的拓扑结构却一直没有得到实验证实。其主要困难在于铁电材料中的极化拓扑结构一般都包含本体对称性所不允许的连续极化旋转。如何突破铁电极化与晶格应变的相互制约，实现极化反转与晶格应变的有效调控，获得有望用于超高密度信息存储的结构单元，长期以来一直是铁电材料领域面临的一个重大基础性科学难题。
马秀良带领团队提出基于铁电极化的亚埃尺度结构调控新思路，构筑出一系列新型铁电拓扑结构，并通过发展定量电子显微学新方法解析出铁电拓扑结构的原子构型图谱。基于应变传递的新构想，制备出拉应变条件下的一系列PbTiO3/SrTiO3铁电/顺电超晶格，利用具有原子尺度分辨能力的像差校正电子显微术以及在此基础上的定量分析，不仅发现20-50纳米的铁电极化通量全闭合畴结构及其新奇的原子构型图谱，而且观察到由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列，推导出闭合结构中超大的应变梯度，计算出闭合结构核心处巨大的挠曲电常数(Science 2015)。该项工作不仅验证了1986年物理学家的理论预测，同时也发现巨大的弹性应变梯度可以通过超晶格的形式保存下来，实现相关物理性能的连续调控，为新型梯度功能材料的设计提供了新思路。美国科学院院士、伯克利国家实验室R.Ramesh教授随后在相同的超晶格体系中通过进一步减小铁电膜的厚度发现了与通量全闭合结构相似的涡旋畴结构(Nature 2016)。PbTiO3/SrTiO3超晶格现已成为国际上探索新型铁电拓扑结构及其相关物理特性的模型体系。
他进一步提出了通过改变边界条件调控超薄铁电体中拓扑结构的新思路，相继发现了拓扑荷为±1/2的非平面型半子拓扑畴(Nature Materials 2020)；周期性电偶极子波(Science Advances 2021)；极化布洛赫点(Nature Communications 2024)；以及斯格明子超晶体(Nature Nanotechnology 2025)。这些工作将铁电存储单元的尺寸逐渐缩小至2-3纳米。
新型铁电拓扑结构的实验发现改变了之前探求铁电拓扑结构的研究思路，完善了通过失配应变调制铁电材料畴结构和物理特性的重要性和有效性，解决了铁电领域畴壁组态方面数十年来悬而未决的基础性科学难题，为探索基于铁电材料的高密度、非易失、低能耗的信息存储提供了新途径。针对发现新型铁电拓扑结构的学术思路和技术路线，2020年4月Nature Index对马秀良和美国科学院R.Ramesh院士同时进行了视频专访，内容以“Tiny steps to big energy savings”为题刊登在Nature期刊上(Nature 2020)。利用先进的像差校正电子显微学方法，最近他与清华大学合作直接展示了随机分布的非极性区域有效阻挫了长程反极性有序，揭示了导致PbZrO3基薄膜高能量密度和高效率的微观机理(Nature 2025)。
3、明确了奥氏体不锈钢点蚀发生的具体位置，将不锈钢点蚀形核机理的认识从之前的微米尺度提高到纳米乃至原子尺度，提出了提高不锈钢抗点蚀能力的新方法；实现了对氯离子在钝化膜中传输路径的直接观测，为修正和完善基于模型和假说建立起来的钝化膜击破理论提供了结构信息；提出提升钝化膜稳定性及不锈钢耐点蚀性的新策略。
尽管不锈钢具有高的抗均匀腐蚀能力，但其局部点状腐蚀（即“点蚀”）却难以避免。在石油、化工、核电等领域，点蚀容易造成管壁穿孔从而带来巨大灾难。虽然业已普遍认为，点蚀的发生起因于不锈钢中硫化锰夹杂的局域溶解，但由于缺乏微小尺度的结构信息，点蚀的形核位置一直被描述为“随机和不可预测的”，这制约着人们对不锈钢点蚀机理的认识以及抗点蚀措施的改进。探测腐蚀初期微观结构的演变是腐蚀机制研究中极为重要的信息构成，需要研究阶段无限接近腐蚀发生的最初阶段、研究手段具有极高的空间分辨率。马秀良带领团队提出腐蚀介质条件下的准原位透射电子显微学新方法，发现硫化锰夹杂中弥散分布着的具有八面体构型的纳米氧化物，这些氧化物纳米颗粒作为电化学微电偶电池的阴极在一定的介质条件下加速硫化锰的阳极溶解。这一发现为揭示不锈钢点蚀的起始位置提供了直接证据，使得对不锈钢点蚀机理的认识从先前的微米尺度提升至纳米甚至原子尺度(Acta Materialia 2010)。基于上述点蚀形核的机理性认识，进一步提出了利用含铜溶液改变局域微电池的电势差，从而提高不锈钢抗点蚀能力的新方法(Sci.Rep. 2014)。
人类对金属钝化膜的研究始于1790年，直到1929年估测其厚度为2-4nm。自上世纪六十年代开始，科学家普遍采用表面谱学等实验手段间接地研究氯离子击破钝化膜的机制，并因此提出了多种模型和假说，但尚无定论。其争论的核心问题是氯离子在钝化膜中的存在位置及作用方式。本世纪初，随着国际上像差校正电子显微学的兴起，马秀良及时组织引进一台300kV双球差校正透射电子显微镜，并提出利用像差校正电子显微技术避免相衬离位效应、进而直接探究金属钝化膜结构以及氯离子与之作用的构想。他带领团队发现钝化膜由具有尖晶石结构的数个单胞尺度的纳米晶和非晶组成；基于定量电子显微学分析并结合相应的理论计算，发现氯离子沿着纳米晶和非晶之间的特殊“晶界”并以贯穿通道为路径传输至钝化膜与金属之间的界面。到达界面处的氯离子造成基体一侧的晶格膨胀、界面的起伏以及膜一侧的疏松化，并在界面处引入了拉应力。起伏界面的凸起在应力的作用下最终成为钝化膜发生破裂的起始位置(Nature Communications 2018)。这一研究成果为揭示氯离子与金属钝化膜的交互作用机制提供了直接的实验证据，为修正和完善数十年来基于模型和假说所建立起来的钝化膜击破理论提供了原子尺度的结构信息。Science主编在相关专栏以“Tracking corroding chloride”为题对该成果进行了推介，认为“腐蚀是金属材料面临的重要问题……该研究利用透射电子显微技术对氯离子传输的直接观测加深了对金属腐蚀过程的理解”(Science 2018)。
尽管钝化膜只有数个纳米厚度，但它与金属基体却构成一种异质界面。他的团队发现该异质界面在侵蚀性溶液中逐渐演化为具有特定晶体学指数的低能界面，实验上验证了1962年科学家提出的还原溶解理论。基于这一实验发现，进一步提出了在不破坏钝化膜的同时对异质界面原子构型进行重构的新方法，使不锈钢在酸中的活化时间最高延长了两个数量级，在盐水溶液中的点蚀击破电位得以显著提高(Nature Communications 2022)。
代表性论文及专利：
1. W. R. Geng†, Y. L. Zhu†, M. X. Zhu†, Y. L. Tang, H. J. Zhao, C. H. Lei, Y. J. Wang, J. H. Wang, R. J. Jiang, S. Z. Liu, X. Y. San, Y. P. Feng, M. J. Zou, X. L. Ma*, Dipolar wavevector interference induces a polar skyrmion lattice in strained BiFeO3 films, Nature Nanotechnology, (2025).
2. Y. J. Wang†, Y. P. Feng†, Y. L. Tang, Y. L. Zhu, Y. Cao, M. J. Zou, W. R. Geng, X. L. Ma*, Polar Bloch points in strained ferroelectric films, Nat. Commun., 15(1), 3949 (2024).
3. X. X. Wei†, B. Zhang†, B. Wu, Y. J. Wang, X. H. Tian, L. X. Yang, E. E. Oguzie, X. L. Ma*, Enhanced corrosion resistance by engineering crystallography on metals, Nature Communications, 13, 726 (2022).
4. F. H. Gong†, Y. L. Tang†, Y. L. Zhu*, H. Zhang, Y. J. Wang, Y. T. Chen, Y. P. Feng, M. J. Zou, B. Wu, W. R. Geng, Y. Cao, X. L. Ma*, Atomic mapping of periodic dipole waves in ferroelectric oxide, Science Advances, 7, eabg 5503 (2021).
5. Y. J. Wang†, Y. P. Feng†, Y. L. Zhu*, Y. L. Tang, L. X. Yang, M. J. Zou, W. R. Geng, M. J. Han, X. W. Guo, B. Wu, X. L. Ma*, Polar meron lattice in strained oxide ferroelectrics, Nature Materials, 19, 881-886 (2020).
6. W. R. Geng, X. W. Guo, Y. L. Zhu*, Y. L. Tang, Y. P. Feng, M. J. Zou, Y. J. Wang, M. J. Han, J. Y. Ma, B. Wu, W. T. Hu, X. L. Ma*, Rhombohedral-orthorhombic ferroelectric morphotropic phase boundary associated with a polar vortex in BiFeO3 films, ACS Nano, 12 (11), 11098-11105 (2018).
7. B. Zhang†, J. Wang†, B. Wu, X. W. Guo, Y. J. Wang, D. Chen, Y. C. Zhang, K. Du, E. E. Oguzie, X. L. Ma*, Unmasking chloride attack on the passive film of metals, Nature Communications, 9, 2559 (2018).
8. Y. L. Tang†, Y. L. Zhu†, Y. Liu, Y. J. Wang, X. L. Ma*, Giant linear strain gradient with extremely low elastic energy in a perovskite nanostructure array, Nature Communications, 8, 15994 (2017).
9. Y. L. Tang†, Y. L. Zhu†, X. L. Ma*, A. Y. Borisevich, A. N. Morozovska, E. A. Eliseev, W. Y. Wang, Y. J. Wang, Y. B. Xu, Z. D. Zhang, S. J. Pennycook, Observation of a periodic array of flux-closure quadrants in strained ferroelectric PbTiO3 films, Science, 348 (6234), 547-551 (2015).
10. S. J. Zheng, Y. J. Wang, B. Zhang, Y. L. Zhu, C. Liu, P. Hu, X. L. Ma*, Identification of MnCr2O4 nano-octahedron in catalysing pitting corrosion of austenitic stainless steels, Acta Materialia, 58, 5070-5085 (2010).
学术专著：
1、《晶体结构与缺陷的电子显微分析实验案例》马秀良著，高等教育出版社 2024
2、《材料科学研究中的经典案例》师昌绪、郭可信、孙庆平、马秀良、叶恒强、王中光，高等教育出版社 2014
目前的研究课题及展望：
依托于中科院物理所、立足于松山湖材料实验室，在电子显微科学与技术方面建设具有重要国际影响力的研究中心。
松山湖材料实验室坐落于粤港澳大湾区重要节点城市东莞，于2017年12月22日启动建设，2018年4月完成注册，是广东省第一批省实验室之一，布局有前沿科学研究、公共技术平台和大科学装置、创新样板工厂、粤港澳交叉科学中心四大核心板块，探索形成“前沿基础研究→应用基础研究→产业技术研究→产业转化”的全链条创新模式，定位于成为有国际影响力的新材料研发南方基地、国家物质科学研究的重要组成部分、粤港澳交叉开放的新窗口。
大湾区显微科学与技术研究中心（简称：大湾区电镜中心）是松山湖材料实验室重大科学装置平台之一。该中心的组建旨在建设成为物质微结构研究南方基地以及超高空间分辨和超高能量分辨的材料成像中心。该中心紧密结合松山湖材料实验室总体布局以及粤港澳大湾区未来物质结构研究发展规划，以期逐步成为能够代表国家水平的物质微结构研究基地、显微技术人才培养及教育基地、未来国家物质结构研究的重要组成部分、粤港澳交叉开放的新窗口。
培养研究生情况：
在材料电子显微学多个研究方向上培养（包括已毕业和目前在读）研究生80余人，多人获得国家奖学金等奖项，部分毕业生获国家自然科学基金优秀青年基金、中组部QR计划（青年）等人才项目。
其他联系方式：
Email: xlma@sslab.org.cn
研究团队主页：https://bacem.sslab.org.cn/
电话：
010-82648188
Email：
