揭秘重慶首個大科學裝置超瞬態實驗裝置：長啥樣、能幹啥？

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低能電子顯微鏡實驗室，科研人員正在認真的工作。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

華龍網-新重慶客戶端6月2日14時訊（記者 秦思思）近日，重慶首個大科學裝置——超瞬態實驗裝置項目在西部(重慶)科學城開工。

大科學裝置是什麼？超瞬態又是什麼？主要有哪些作用？昨（1）日，華龍網-新重慶客戶端記者走進超瞬態實驗裝置項目，讓專家團隊為我們答疑解惑。

超瞬態實驗裝置項目專家團隊。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

》》超瞬態是什麼？

超瞬態科學，顧名思義，超是指超越的含義；瞬指瞬息萬變。

“過去我們著重於研究結構，比如說一個物體的外形，它的結構組成。現在隨著科學技術的進一步發展，研究者不光要知道物體的外形結構，還要知道物體相互運動規律，內部物質間如何相互作用的機制。”重慶大學電子顯微鏡中心科研主任、超瞬態科學裝置技術總負責人唐文新教授向記者解釋。

重慶大學電子顯微鏡中心。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

簡單來說，超瞬態科學不僅能了解物質靜態的結構，也能夠揭秘物質動態的變化過程，涉及的時間尺度從飛秒到秒；空間尺度可從埃到米。

飛秒是指時間單位，1飛秒為1秒的一千萬億分之一。光是宇宙裏跑得最快的，每秒大約可跑30萬公里（繞地球7圈半），但在1飛秒內，光也只能跑300納米。

而埃是長度單位，1埃為1納米的1/10。1納米約一根頭發絲的6萬分之一，而1埃只有一根頭發絲的60萬分之一。

而超瞬態實驗裝置就是要精確到“飛秒”+“埃”的尺度下來研究物質“瞬息變化”。

工作中的重慶大學電子顯微鏡中心透射電鏡技術負責人陳厚文副教授。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

》》為什麼要研究超瞬態？

以雪豹奔跑為例，雪豹的運動速度按秒計算，但雪豹肌肉纖維組成分子的運動，卻是以微秒甚至飛秒來衡量的。當掌握這個規律後，人們就能將這個規律沿用至其他先進馬達創新領域。

“簡單來說，就是我們把微觀的機制了解清楚之後，再反應它宏觀的性質。從了解現象到知曉規律，到最後形成完整的認知，產生原創性科學技術成果。”唐文新說道。

超瞬態不僅能了解物質靜態的結構，也能夠揭秘物質動態的變化過程，是研究非平衡態（或亞穩態）下物質的結構、功能及演變過程，也是解決物質科學從“結構觀察”邁向“功能控制”的關鍵手段。

重慶大學教授，電子顯微鏡中心科研主任，超瞬態科學裝置技術總負責人唐文新正在給記者介紹超瞬態科學裝置項目。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

》》超瞬態實驗裝置由什麼組成?

超瞬態科學是十分前瞻性的物質科學領域，也是未來科學發展的重要引領性方向之一。本次開工建設的超瞬態大科學實驗裝置，是國際上首次明確在時間尺度上提出兩種探針相互耦合的大科學裝置。

唐文新教授表示，超瞬態實驗裝置是提供時間與空間多維研究與調控的基礎科研設施，由“高通量同步輻射光源”和“超瞬態電子顯微鏡集群”兩部分有機組成。

其中，同步輻射光源是以提供低發射度、高流強和高通量光源為特色的同步輻射裝置，主要服務於解決國民經濟主戰場中對高通量光源迫切需求的項目研發；超瞬態電子顯微鏡集群包括已自主研制成功的世界首套超瞬態自旋極化低能電子顯微鏡、世界獨特的四維透射電鏡等核心儀器設備，可實現對物質在力、熱、磁、電和輻照等多維多尺度耦合表征。

重慶大學電鏡中心副主任、教授黃天林正在三維透鏡電鏡室進行試驗演示。華龍網-新重慶客戶端記者 尹建紅 攝

》》超瞬態實驗裝置未來能幹嘛？

在未來生活中，超瞬態科學研究領域也極為廣泛，該裝置將以服務國家重大需求和國民經濟主戰場為導引，重點解決先進制造、先進材料、新能源、電子信息、生物醫藥等領域共性關鍵技術需求，對高溫燃燒機理、3D 打印、新材料、極紫外光刻、固態及新燃料電池、癌症早期診斷與放療等基礎研究和產業技術融通創新提供強有力的支撐。

“微觀結構決定了宏觀性能。宏觀性能的改變優化，需要從微觀的組織、化學元素分布，原子排列方式與方向等機制中去調控。”重慶大學電鏡中心副主任，超瞬態電子顯微鏡研發核心成員黃天林教授介紹，

例如在新材料領域，想要開發出在極端條件下性能好、耐用的新材料，就需要分析微觀組織在極端條件，如超高速變形條件下的動態演變，這時候，超瞬態實驗裝置就將發揮大作用。

“打個比方，過去開發一項核心產品，生產工藝參數的調控與優化可能需要10年甚至20年時間。如果能把宏觀性隨工藝參數變化背後的微觀機制弄清楚，再去調控時，就知道朝哪個方向改，開發新產品就要快很多。”重慶大學電子顯微鏡中心透射電鏡技術負責人陳厚文副教授介紹，材料設計就像炒菜，在炒菜的過程中，要放各種各樣的佐料，放多少量，會影響最後的口感。通過對不同工藝得到的材料微觀結構進行研究，就可以了解其中的機制，知道這些元素加進去以後，材料的性能為什麼會好，加多少量又是最佳的……有了這些規律性機制以後就可以反過來指導先進材料設計。

》》超瞬態實驗裝置項目如何建？

超瞬態實驗裝置項目由重慶大學牽頭建設，是重慶首個大科學裝置，占地500畝，總投資30億元。

項目分兩期建設，一期計劃建設實驗中心及辦公用房1.026萬平方米，建設500Mev低能強流同步輻射光源和3套超瞬態電子顯微平台，預計2023年左右一期建成投用。

作為全國最頂尖的電子顯微鏡中心之一，重慶大學電子顯微鏡中心不但擁有全球空間分辨能力最高的商業透射電鏡，有其自主研發的世界首台具有三維晶體學與三維位錯表征能力的透射電鏡，以及世界首套像差校正超快自旋極化低能電子顯微鏡，填補了全球電鏡領域的空白，還建立了自主研發超瞬態電子顯微鏡團隊，為建設超瞬態實驗裝置打下良好基礎。

》》超瞬態實驗裝置對重慶而言有何意義？

大科學裝置產出的是科學知識和技術成果，而不是直接的經濟效益，建成後要通過長時間穩定的運行、不斷的發展和持續的科學活動才能實現預定的科學技術目標。比如，貴州“中國天眼”、歐洲“大型強子對撞機”等都是著名的大科學裝置。

大科學裝置是國家為解決重大科技前沿、國家戰略需求中的戰略性、基礎性和前瞻性科技問題，謀求重大突破而投資建設的大型研究設施，也是國家基礎設施的重要組成部分。

近年來，重慶把科技創新擺在發展全局中更加突出的位置，市委市政府主要領導在推動成渝地區雙城經濟圈建設領導小組會議、全市高等院校和科研院所工作座談會等多個場合，反複強調要推進大科學裝置、國家（重點）實驗室等重大科技基礎設施落地，其重要性不言而喻。

“擁有先進的大科學裝置，甚至大科學裝置群，是重慶成為具有全國影響力的科技創新中心的重要支撐和基本條件。”唐文新教授稱，開工建設超瞬態實驗裝置，是重慶邁向具有全國影響力科技創新中心的“第一步”，是西部（重慶）科學城創新能級最基礎的關鍵標志，將有利於重慶科技創新能力提升、攻克重要領域關鍵技術、以點帶面聯動其他領域創新。

建設先進的大科學裝置還將有利於迅速吸引大批尖端人才聚集到重慶，利用先進的重大科學基礎設施開展前沿科學和應用技術研究，同時促進年輕人才的培養，未來也會孕育出一批在中國具有影響力的高科技企業。

（本文來自新重慶客戶端APP，請至各大應用市場下載）

本文來源：華龍網