近期，重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”在合肥通過(guò)驗(yàn)收，使我國(guó)成為繼美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、日本之后第五個(gè)擁有穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)的。而在北京懷柔，另一個(gè)大科學(xué)裝置——“綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置”也啟動(dòng)建設(shè)。聽(tīng)起來(lái)，“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)”“綜合端條件”都很陌生，它們都屬于重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。為什么要建這樣的設(shè)施，對(duì)于科學(xué)研究來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)大裝置有著什么樣的重要意義呢?
穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置
磁現(xiàn)象是物質(zhì)的基本現(xiàn)象之一?？茖W(xué)研究早已證實(shí)，當(dāng)物質(zhì)處在磁場(chǎng)中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變，磁場(chǎng)因而一直是研究物理等諸多學(xué)科的一種非常有用的工具。物質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下都可能發(fā)生變化，呈現(xiàn)出多樣的物理、化學(xué)現(xiàn)象和效應(yīng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，物質(zhì)的變化就越為明顯，也就越有利于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，就像顯微鏡放大10000倍比放大10倍能告訴研究人員更多一樣。但是，磁場(chǎng)強(qiáng)度的提高，每一步都走得很艱難。強(qiáng)磁場(chǎng)中心的“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”達(dá)到了40萬(wàn)高斯的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這是二十幾年來(lái)，上幾個(gè)有實(shí)力的都在嘗試的目標(biāo)。
中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心(圖中設(shè)備為磁性測(cè)量設(shè)備MPMS，圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
混合磁體裝置(已產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)40T、第二高場(chǎng)強(qiáng)，圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
強(qiáng)磁場(chǎng)是現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)重要的端條件之一。在強(qiáng)磁場(chǎng)這種端條件下，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(jī)遇。因此場(chǎng)也被稱(chēng)為諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃，包括1985年和1998年諾貝爾物理獎(jiǎng)的整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、2003年獲得諾貝爾獎(jiǎng)的核磁共振成像技術(shù)。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(gè)科學(xué)領(lǐng)域，強(qiáng)磁場(chǎng)都是科學(xué)家們渴求的研究環(huán)境。
”穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”運(yùn)行期間，為清華、北大、復(fù)旦、中科大等106家用戶(hù)單位的1500余項(xiàng)課題提供了實(shí)驗(yàn)條件，產(chǎn)出了一大批具有國(guó)際影響力的科研成果。
綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置
任何物質(zhì)都是在一定的物理?xiàng)l件下形成的，通過(guò)使物理實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到端狀態(tài)，可以形成許多在常規(guī)物理?xiàng)l件下不能得到的新物質(zhì)和新物態(tài)。綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置是指綜合集低溫、超高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)和超快光場(chǎng)等端條件為一體的用戶(hù)裝置。就在“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”通過(guò)驗(yàn)收的第二天，我國(guó)在北京市懷柔科學(xué)城啟動(dòng)建設(shè)“綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置”，比“穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”更進(jìn)一步。
端條件概念示意圖(圖片來(lái)源于中科院物理所)
項(xiàng)目席科學(xué)家、中科院物理研究所研究員呂力(Quantum Design 公司產(chǎn)品用戶(hù))說(shuō)：“比如低溫可以抑制物質(zhì)中電子、原子的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng);強(qiáng)磁場(chǎng)作為可以調(diào)控的熱力學(xué)參量，能夠改變物質(zhì)的內(nèi)部能量;超高壓可以有效縮短物質(zhì)的原子間距，增加相鄰電子軌道的重疊，從而改變物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，以及原子間的相互作用，形成全新的物質(zhì)狀態(tài);超快激光則具有無(wú)與倫比的超快時(shí)間特性，快速變化的光場(chǎng)是人們能夠操作并且控制的快物理量。”
綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置建成之后，將是國(guó)際上集低溫、超高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)和超快光場(chǎng)等端條件為一體的用戶(hù)裝置，在非常規(guī)超導(dǎo)、拓?fù)湮飸B(tài)、量子材料與器件等領(lǐng)域，提供實(shí)驗(yàn)手段的支撐，進(jìn)而為相關(guān)材料的人工設(shè)計(jì)與制備，以及諸多科學(xué)難題的破解提供前所未有的機(jī)遇。
穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置、綜合端條件實(shí)驗(yàn)裝置等的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是科學(xué)家們進(jìn)行科學(xué)研究的重要平臺(tái)，也是提升科研水平的利器。它們的建成，既是我國(guó)科研人員創(chuàng)新進(jìn)取的成果，也將以巨大的磁力，吸引更多人才從事相關(guān)領(lǐng)域的研究，推動(dòng)我國(guó)基礎(chǔ)領(lǐng)域的科學(xué)研究進(jìn)一步走向前沿。
文章原文部分摘自：CCTV焦點(diǎn)訪談、人民網(wǎng)
