杨学明在普林斯顿大学做研究时，一年多就可以发十多篇文章。而在加州大学劳伦斯伯克利国家实验室进行研究的这两年半，他只研制出了一套复杂的分子束仪器，发出去的文章更是寥寥无几。虽然新的研究方向进展不大，却让杨学明萌生了巨大的科研兴趣：“我特别喜欢做仪器做设计，那个时候用电脑做设计是比较新兴的，我觉得这个方向特别有意思。画出设计图纸，然后做成自己想要的科学仪器，很有成就感。所以我就义无反顾地做了这件事。”
同步辐射光源在化学中的应用是杨学明在加州大学伯克利分校最重要的研究方向之一。同步辐射是一种能为各相关科学研究提供连续谱、高强度、高准直性光束的优质光源，为研究物质的微观动态结构和各种瞬态的过程提供前所未有的手段和机会，是物理学、化学、材料科学、生命科学、医学等领域又不可替代的工具。在研究的过程中，杨学明最常使用的是极紫外波段的光束，但他发现当时同步辐射在极紫外波段的亮度不够高，而更高亮度的自由电子激光技术已经快速发展起来了。于是，他梦想着，如果未来能够研制出一台工作在极紫外波段的自由电子激光装置，那就太好了，这样的光亮度才能满足更多的科研要求。带着这样的梦想，回国后的杨学明展开了与中国科学院上海应用物理研究所的合作，共同完成了由他主持设计的我国第一台大型自由电子激光科学研究装置，这也是世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置。
“新的仪器的发展是科学研究发展最为重要的基础，如果没有新的科学仪器的研制，物理化学领域的发展将会受到很大的限制。”杨学明院士说道。杨学明在科学仪器的设计、研制和发展方面取得了卓越的成就，在国际上处于领先水平。他借助这些先进科学仪器，在化学反应动力学领域取得了一系列重要的研究成果，尤其在化学反应共振态和几何相位效应等方面的研究引起了国际学术界的高度关注和赞誉。杨学明的贡献不仅在于他设计和研制出具有国际水平的科学仪器，更重要的是他以自己的切实行动去做青年科研工作者的引领，鼓励年轻人在科学上要有“反叛”精神，在研究中要勇于创造“不一样”的事物：“年轻人和学者要勇于发展自己的技术和先进仪器，特别是做实验科学，不要限于从一个仪器上拿到数据就够了，而是要真正从根本上发展自己最先进的仪器和方法。也只有这样，我们才能真正在国际上真正成为一个科技强国。”
（杨学明在交叉分子束仪器旁边）
挖掘量子世界的化学奇迹：
荣获“未来科学大奖”
2022年，杨学明因研发新一代高分辨率和高灵敏度量子态分辨的交叉分子束科学仪器，并揭示了化学反应中的量子共振现象和几何相位效应而荣获 “未来科学大奖”的物质科学奖。
自从 Eyring和Polanyi 在 20 世纪 30 年代提出化学反应过渡态理论以来，化学动力学研究取得了多个里程碑式的进展，并多次获得诺贝尔化学奖。杨学明开发了新一代高分辨率和高灵敏度的交叉分子束科学仪器，在基元化学反应动力学研究领域，尤其是化学反应共振态、化学反应中的几何相位效应以及量子干涉现象等方面的研究取得了重大突破。他发展了量子态分辨的后向散射谱学技术，通过高分辨的散射实验与精确理论研究相结合，揭示了多类化学反应共振现象，大力推动了在量子水平上化学反应过渡态的研究。此外，他还发展了高分辨的交叉分子束反应成像技术，首次在实验上发现了化学反应中的几何相位效应以及自旋-轨道共振分波之间的量子干涉现象。
杨学明的科学研究和他研发的新一代分子束科学仪器为化学动力学领域进一步理解化学反应的量子特性提供了强有力的工具，他的新发现将化学动力学领域拓展到了前所未有的深度和广度。在接受媒体采访时，杨学明指出，这些工作的意义远超出某一个具体反应的范畴，而是具有普遍的基础意义。化学动力学作为基础学科，对于基本化学过程的理解具有重要影响。同时，这些研究成果也有助于推动应用领域的发展，如大气化学、燃烧化学和星际化学等。
未来科学大奖设立于2016年，是由科学家、企业家群体共同发起。未来科学大奖关注原创性的基础科学研究，奖励在中国内地（大陆）、香港、澳门、台湾取得杰出科学成果的科学家（不限国籍）。对于自己获得的这项荣誉，杨学明表示：“未来科学大奖能够把中国科学家得到国际认可的工作在社会上广泛传播，鼓励高水平的科学研究，这对我国基础科学的发展特别重要。”
