量子信息、新型能源与环境、物质生命科学及其交叉是当前主要研究热点。量子功能材料、能源转换材料、生命体中的诸多动态过程对应的特征能量大都处于低能量的红外-太赫兹频段、特征时间在飞秒-皮秒、并几乎都涉及原子尺度的界面行为。中国科学技术大学在量子信息、能源材料、物质生命交叉领域的研究已经形成鲜明特色，而进一步的突破则需要有基于红外-太赫兹自由电子激光及相关光源装置的高时间分辨、高空间分辨、结合多物理场环境的先进实验手段。先进光子科学技术安徽省实验室正是基于这一重大需求而建立，目的是协同中国科学技术大学在量子功能材料、能源材料、生命科学方面的研究力量，结合目前正在开放的和正在发展的低能区先进实验技术，开展在上述领域的前沿科学研究，以期获得重大研究突破。

近年来，在国家重大仪器专项资助下，中科大在长波长自由电子激光技术、断层成像技术研发方面不断取得重要进展，培养了一支高水平技术队伍，正在研发长波长自由电子激光装置和断层成像装置。同时，在中国科学院的支持下，合肥光源角分辨光电子能谱、XMCD、红外线站完成了升级改造，性能指标和开放能力得到了很大提升。在上述基础上，先进光子科学技术安徽省实验室的建立，将有利于发展和整合相关先进实验技术，促进在量子功能材料、能源材料、生命科学领域的前沿科学研究和高技术发展。先进光子科学技术安徽省实验室的建立将推动我国在相关领域的跨越式发展、大幅度提升国际竞争力，并促进中科大相关学科的发展。

实验室将包括建设中太赫兹自由电子激光装置以及附属近场测量系统、pump-probe系统、超高灵敏度THz-DNP-固体NMR装置等研究平台，并联合国家同步辐射实验室角分辨光电子能谱、软X射线吸收谱、红外光谱线站、以及红外自由电子激光装置等，开展前沿科学研究。

实验室现有固定人员41人，其中正高级职称13人，副高级职称11人，中级职称6人，其他1人。实验室拥有工程技术队伍10人。截至2020年，实验室总员工41人。工程人员数量根据省实验室承担的工程任务量而定。

先进光子科学技术安徽省实验室服从中国科学技术大学和安徽省科技厅相关部门领导。

实验室的定位是：围绕科技前沿、国家战略需求及经济社会发展需要，依托低能区先进实验技术，开展前沿研究，获得重大突破。主要研究方向包括：

1）发展复合多参量氧化物量子功能材料

具有“复合”特性的量子功能材料通过利用自身的多参量（包括电荷、轨道和自旋自由度）和光、电、磁、声、热等外场作用可以实现包括存储和调控等多元化处理,从而为未来的固体量子器件集成提供传输、转换、存储、调控、放大、热能再利用等多重关键功能。因此,多参量复合的量子功能材料是量子信息技术发展的关键,其研究具有重要意义。然而,目前对复合量子功能材料体系仍缺乏系统的研究。因而致力于研究新型复合量子功能材料体系,对于发现新的原理、新的物理现象以及产生新的材料、新的物理方法非常重要。

基于IR/THZ-FEL的谱学技术将提供超快时间分辨、亚毫电子伏特能量分辨的谱学测量手段，促进复合多参量氧化物量子功能材料研发。

2）解析能源高效转换及存储机理

用光电能量驱动实现可再生能源的有效转化，是构建现代绿色能源的关键技术。催化材料能够加速并高效完成能量的转化，并且催化反应过程往往都是发生在材料的表界面。因此，探明在服役状态下催化材料的表界面原子和电子的动态变化过程以及能量转化机制具有重要意义。同时，在工业实际应用的电催化能量转化反应环境中，由于催化材料与电解质溶液接触的固-液表界面处的活性中心和吸附反应物的浓度极低、以及活性位原子结构随外加电场的动态变化，给探测真实反应活性位点的结构和中间过渡态造成了很大的困难和挑战。

无论表界面活性位点和反应中间体、团簇，还是自由基和激发态，主要特点：粒子数目非常少，组成复杂、动态变化，需要对痕量物种进行检测和结构表征，特别是在远红外-太赫兹能区对表界面过程和团簇的表面物种进行高灵敏度的检测和动态分析，高亮度的红外/太赫兹自由电子激光将是最合适的探测光源。

3）揭示活细胞生命过程机理

生物大分子复合物在各种复杂层次和体系的动态变化在细胞的命运调控中发挥着至关重要的作用。一个重要的基本科学问题是在高度拥挤的细胞环境中如何精准的调控各类生化反应和分子识别的特异性。细胞中无膜的生物大分子凝聚物的相分离和相变可能为这一科学问题的解决提供一个全新的思路。生物大分子凝聚物的研究既是国际前沿热点难点，又是关系到人民健康的国家重大需求。然而，生物大分子凝聚物的研究主要依赖荧光观测技术，匮乏对生物大分子凝聚物动态结构和调控的表征手段，亟需多学科交叉，发展和应用更多更精密的生物物理测量方法。 

我们将拓展现有磁共振方法的优势，以太赫兹自由电子激光为光源，建立国内领先的超高灵敏度THz-DNP-固体NMR装置，发展和应用基于高灵敏度固体NMR方法的活细胞状态下生物大分子检测与分析方法，揭示活细胞生命过程中固有无序蛋白质相变动态机制、形成功能性无膜细胞器的稳态调控机制与动力学特征。