前不久,國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”在合肥通過了驗收,使我國成為繼美國、法國、荷蘭、日本之后第五個擁有穩(wěn)態(tài)強磁場的國家。
眼前這個裝置看起來像鍋爐,但它卻讓很多科學(xué)家夢寐以求。它是一個混合磁體,中心磁場強度能夠達到40萬高斯。
“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”負責人、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長匡光力介紹:“像合肥地區(qū)的地球磁場在0.5高斯左右,所以40萬高斯,相當于地球磁場的80萬倍。 ”
強磁場是現(xiàn)代科學(xué)實驗最重要的極端條件之一。在這種極端條件下,物質(zhì)的特性可以被調(diào)控,這就給科學(xué)家提供了研究新現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)新技術(shù)的機遇?锕饬φf,幾十年來,在磁場下的科學(xué)研究取得了大量的創(chuàng)新成果,先后有19項成果獲得了諾貝爾獎。從生命科學(xué)到醫(yī)療技術(shù),從化學(xué)合成到功能材料……在各個科學(xué)領(lǐng)域,強磁場都是科學(xué)家們渴求的研究環(huán)境。
長期以來,我國科學(xué)家并沒有在強磁場下進行實驗的條件。沒有自己的儀器,我們的科學(xué)研究只能受制于人。
要建設(shè)科技強國,科學(xué)研究從跟蹤到并行再到領(lǐng)跑,中國科學(xué)家要做出原創(chuàng)性成果,走上國際科學(xué)前沿,必須發(fā)展自己的大科學(xué)裝置。
我國成為繼美國之后,世界上第二個擁有40萬高斯強磁場裝置的國家,磁體技術(shù)達到世界一流水平。不僅如此,在建造強磁場裝置的過程中,也有很多突破。
中科院合肥研究院強磁場中心磁體科學(xué)與技術(shù)部副主任陳文革介紹:“我們混合磁體當中的外超導(dǎo)磁體,將提供800毫米的室溫孔徑,如此大的孔徑,提供如此高的場強,在世界上應(yīng)該是獨一無二的。 ”在這個穩(wěn)態(tài)強磁場上面,凝結(jié)著過去數(shù)十年中國磁場設(shè)計、施工、材料加工、工程裝備等各項成果,也得益于中國工業(yè)和制造業(yè)的迅速發(fā)展。
“我們考慮到不僅在磁場強度方面要達到國際最高水平,甚至領(lǐng)先水平,還希望有一些具有特色的、針對我們科學(xué)家研究實際需要的、自主創(chuàng)新的測量系統(tǒng)。”匡光力告訴記者,“我們把掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和磁力顯微鏡三種顯微鏡,放到磁場環(huán)境下去測量,這種圖像分辨率是原子尺度的分辨率,非常非常精密的一種測量,要求很高,國際上在我們之前,沒有哪家做成功。 ”
強磁場提供了科學(xué)研究的環(huán)境,但是要更好地利用它開展科研,還需要強大的觀測工具。強磁場環(huán)境非常惡劣,磁場內(nèi)部口徑只有3.2厘米。進行原子級別的測量,就相當于在滂沱大雨中去辨別一滴雨落地的聲音,難度相當大。怎么解決,唯有創(chuàng)新。中科院合肥研究院強磁場中心陸輕鈾團隊自主研發(fā)的掃描隧道顯微鏡,大小如同一支鋼筆,它在世界上首次實現(xiàn)了在強磁場水冷震動環(huán)境下拍攝到原子級別的圖像。這套顯微鏡系統(tǒng)也成為吸引科研人員的一項利器。中國科技大學(xué)物理學(xué)院的曾長淦教授,就是被這套系統(tǒng)吸引的科學(xué)家之一。
2017年,借助強磁場中心的觀測裝置,曾長淦與陸輕鈾課題組在研究領(lǐng)域取得突破,并在權(quán)威期刊《納米快報》上發(fā)表論文。
受到“強磁場”的吸引,很多在國外工作的人才回到國內(nèi)。田明亮之前在國外從事材料科學(xué)研究,2011年,他回國加入中科院合肥研究院強磁場中心,擔任材料科學(xué)研究部副主任。“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置”運行期間,為清華、北大、復(fù)旦、中科大等106家用戶單位的1500余項課題提供了實驗條件,產(chǎn)出了一大批具有國際影響力的科研成果。
十九大報告指出,建設(shè)創(chuàng)新型國家,必須瞄準世界科技前沿,強化基礎(chǔ)研究,實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破;必須加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究,拓展實施國家重大科技項目。像天眼、穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置、綜合極端條件實驗裝置等都屬于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,是科學(xué)家們進行科學(xué)研究的重要平臺,也是提升科研水平的利器。它們的建成,既是我國科研人員創(chuàng)新進取的成果,也將以巨大的磁力,吸引更多優(yōu)秀人才從事相關(guān)領(lǐng)域的研究,推動我國基礎(chǔ)領(lǐng)域的科學(xué)研究進一步走向世界前沿。