別致　熊燕

要炒出一盤美味佳肴，調(diào)料放到恰到好處十分關(guān)鍵。

與炒菜相似，在研發(fā)新材料的過程中，加什么樣的核心元素、加多少進(jìn)去，直接影響到產(chǎn)出的材料性能。

要精準(zhǔn)掌握產(chǎn)品的參數(shù)，并非易事，微觀世界的差之毫厘，可能會讓宏觀世界謬以千里。

“以前要研發(fā)核心產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)控與優(yōu)化可能需要10年甚至20年時間。如果能把宏觀性能隨工藝參數(shù)變化背后的微觀機(jī)制弄清楚，再去調(diào)控時，就知道該朝哪個方向改進(jìn)，這樣一來研發(fā)新產(chǎn)品就會快很多。”重慶大學(xué)電子顯微鏡中心透射電鏡技術(shù)負(fù)責(zé)人陳厚文說。

而今，隨著重慶首個大科學(xué)裝置超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目全速推進(jìn)，困局打破在望：它將通過同步輻射光源和超瞬態(tài)電子顯微兩種探針，帶領(lǐng)人們走進(jìn)“瞬息世界”，探尋物質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造。

大科學(xué)裝置是推動重大科技創(chuàng)新的大國利器，在重慶建設(shè)具有全國影響力的科技創(chuàng)新中心的路途上，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置將創(chuàng)造無限可能。

大器：多維尺度相互耦合

說到“超瞬態(tài)”，高級酷炫和高深難解兩個詞難免會接踵出現(xiàn)在人們的腦海中。

簡單來說，占地500畝的超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，就像一個超大號的顯微鏡，用來從空間尺度和時間尺度探測微觀世界的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的，就是超瞬態(tài)同步輻射光源和超瞬態(tài)電子顯微鏡集群兩大核心部分。

“超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置是提供時間（光子）與空間（電子）多維研究與調(diào)控的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。”重慶大學(xué)電子顯微鏡中心副主任黃天林介紹，多維度多尺度表征是材料研究的基礎(chǔ)。

超瞬態(tài)同步輻射光源的基本原理，就是電子束在接近光速運(yùn)動時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)出同步輻射光，作為光子探針給需要光的研發(fā)用戶提供實(shí)驗(yàn)支撐。

但要產(chǎn)生高通量的光，必須保證電子束在環(huán)形通道內(nèi)運(yùn)動時“通行無阻”。為此，科研人員選用了導(dǎo)電率高的銅作為管道材料，并保證真空管道內(nèi)壁極其光滑。

“我們自主研發(fā)的強(qiáng)流真空技術(shù)大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性與成功率，現(xiàn)在這一裝置可以運(yùn)行高達(dá)1安培的電流強(qiáng)度，這在全國范圍內(nèi)都是領(lǐng)先的?！闭劶按?，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)室副主任姜伯承自豪不已。

而超瞬態(tài)電子顯微鏡集群則是以重慶大學(xué)自主研發(fā)的世界首套超瞬態(tài)自旋極化低能電子顯微鏡、世界領(lǐng)先的四維透射電鏡為核心的綜合化、集成化電子顯微平臺，可實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)在力、熱、磁、電和輻照等多種激發(fā)下的多維多尺度多信息耦合表征。

得益于此，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置不僅能了解物質(zhì)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，也能夠探尋物質(zhì)動態(tài)的變化過程，其精確程度在時間尺度上可從飛秒到秒，在空間尺度上可從埃米到米。

1飛秒就是1秒的一千萬億分之一，宇宙中“跑”得最快的光在1飛秒內(nèi)也只能運(yùn)動300納米。1埃米是1納米的十分之一，大約就是一根頭發(fā)絲的60萬分之一。

物質(zhì)的“瞬息”之變在超瞬態(tài)下一覽無遺，實(shí)現(xiàn)了多維度多尺度研究非平衡態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、動態(tài)演化與性能。

大舉：從無到有定制設(shè)計(jì)

7月6日，走進(jìn)西部（重慶）科學(xué)城，滿目綠意、生機(jī)盎然。在位于其核心區(qū)域的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施聚集區(qū)內(nèi)，又一根樁基順利澆筑，深深扎進(jìn)地下。

這是超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目第一階段的建設(shè)現(xiàn)場。

“其實(shí)，一般四層的科研樓建筑，如果地質(zhì)條件好，是不需要樁基的，大部分只需要做一個淺基礎(chǔ)。”重慶大學(xué)基建規(guī)劃處工作人員傅晏說。

然而同樣是四層樓，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目不僅沒有做淺基礎(chǔ)，反而在第一階段就要使用100余根樁基。

這樣費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)錢有必要嗎？

答案是肯定的。

第一階段，這里將完成500MeV低能強(qiáng)流同步輻射光源和3個超瞬態(tài)電子顯微集群的建設(shè)。這些實(shí)驗(yàn)裝置比一般項(xiàng)目對環(huán)境的要求更為苛刻。

早在2022年8月取得規(guī)劃許可證后，基建規(guī)劃處帶著圖紙到實(shí)驗(yàn)室與科研團(tuán)隊(duì)交流討論便成為常態(tài)。

“建造一般的實(shí)驗(yàn)室，我們在了解其需求后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化基建即可。但這個實(shí)驗(yàn)裝置在重慶獨(dú)一無二，沒有經(jīng)驗(yàn)可循，所以我們采取全定制的方式，和專家一起反復(fù)打磨商定。”傅晏介紹，例如增加樁基礎(chǔ)數(shù)量，就是為了解決道路旁汽車通過帶來震動的問題。

“兩個裝置都對震動非常敏感，需要能到亞微米或者納米級別的穩(wěn)定度。”姜伯承說，“因?yàn)樗鼈兌际峭ㄟ^磁鐵約束，一旦發(fā)生震動，磁鐵一抖，電子就會跟著抖，實(shí)驗(yàn)就無法正常開展?！?/p>

預(yù)計(jì)到今年底，這100余根樁基穩(wěn)穩(wěn)托起的承載著科技創(chuàng)新希望的大樓就能完成封頂。

大計(jì)：工業(yè)經(jīng)濟(jì)蓄勢騰飛

在3D打印中，粉末熔化、液滴飛濺、結(jié)晶凝固等動態(tài)過程都能通過高通量同步輻射光和高時間分辨電子束進(jìn)行研究，由此揭示3D打印材料的失效機(jī)理。

在肺癌早期診斷環(huán)節(jié)，超瞬態(tài)裝置超高的空間分辨率和獨(dú)特的對比度成像機(jī)制，能在結(jié)節(jié)僅為毫米大小時就能準(zhǔn)確判定是否癌變。

超瞬態(tài)同步輻射光源能夠發(fā)出光子數(shù)目領(lǐng)先世界的紫外波段的光，為我國紫外光應(yīng)用技術(shù)提供重要支撐。

……

這一個個發(fā)于毫末的場景，就是未來超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置廣闊的應(yīng)用前景。

“微觀結(jié)構(gòu)決定了宏觀性能。宏觀性能的改變優(yōu)化，需要從微觀的組織、化學(xué)元素分布，原子排列方式與方向等機(jī)制中去調(diào)控?！秉S天林表示。

超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置通過對光子和電子的有機(jī)結(jié)合，能夠提升對物質(zhì)形成超快過程的認(rèn)知過程，也可以對超快物理、材料和生命科學(xué)提供全新的分析手段，為物質(zhì)科學(xué)開展深度研究提供新的重大發(fā)現(xiàn)機(jī)遇，是承擔(dān)原始創(chuàng)新重任的“科學(xué)重器”。

“像我們的光源裝置，就是要產(chǎn)生高通量的光，照在大的樣品上，看它的材料結(jié)構(gòu)以及材料成分等，涉及領(lǐng)域包括生物、化學(xué)、凝聚態(tài)物理、微納電子等?！苯姓f，“我們的大裝置一開始的定位就是支撐工業(yè)發(fā)展，這是我們的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)?！?/p>

擁有先進(jìn)的大科學(xué)裝置，甚至大科學(xué)裝置群，是重慶成為具有全國影響力的科技創(chuàng)新中心的重要支撐和基本條件，有利于科技創(chuàng)新能力提升、攻克重要領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)、以點(diǎn)帶面聯(lián)動其他領(lǐng)域創(chuàng)新。

重慶本就有良好的工業(yè)基礎(chǔ)，微電子產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)欣欣向榮，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置的落地將為重慶的工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展安上飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的新引擎。