2021年9月12日，未来科学大奖在北京公布了2021年获奖名单。中国物理学会理事长，上海交通大学、中国科学院物理研究所教授张杰院士因其通过调控激光与物质相互作用产生精确可控的超短脉冲快电子束，并将其应用于实现超高时空分辨高能电子衍射成像和激光核聚变的快点火研究的贡献获得“物质科学奖”。
张杰院士是开发利用太瓦到拍瓦激光束有效生成受控、高强度快电子束（~100 keV 到 10 MeV）方法的先驱。利用这一技术，张杰院士领导的研究团队在快电子束方面取得了一系列重大突破，包括高效产生非热电子、用激光调节电子束能量、实现高定向电子发射，以及创时空分辨世界纪录的电子束成像。
张杰团队研发的可精确控制的高强度快电子束为一系列其他重要的科学探索提供了可能。例如，他们开发了 MeV 超快电子衍射和成像设备，并展示了亚埃空间分辨率和创纪录的 50 飞秒时间分辨率。他们使用超快激光场成功地改变了量子材料的维度，并观察到了光诱导的新型相变。此外，他们的这一技术还帮助实现了更紧凑、更高效的高能粒子加速器。同时，他们还通过超快电子衍射实现了单分子成像。
张杰对快电子束的研究最初是为了研究惯性约束聚变 (ICF)。这个过程如果实现，可以为人类提供无限的能量供应。高强度超短脉冲快电子束为 ICF 提供了快速点火的关键工具，张杰是对这一新物理过程最早探索者之一。快速点火方法将燃料点火与压缩分开，使这两个过程可以独立优化，同时避免不稳定性。