別致　熊燕

要炒出一盤美味佳肴，調料放到恰到好處十分關鍵。

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、加多少進去，直接影響到產(chǎn)出的材料性能。

要精準掌握產(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)變化背后的微觀機制弄清楚，再去調控時，就知道該朝哪個方向改進，這樣一來研發(fā)新產(chǎn)品就會快很多?！敝貞c大學電子顯微鏡中心透射電鏡技術負責人陳厚文說。

而今，隨著重慶首個大科學裝置超瞬態(tài)實驗裝置項目全速推進，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，帶領人們走進“瞬息世界”，探尋物質內(nèi)部構造。

大科學裝置是推動重大科技創(chuàng)新的大國利器，在重慶建設具有全國影響力的科技創(chuàng)新中心的路途上，超瞬態(tài)實驗裝置將創(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)實驗裝置，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微結構。

實現(xiàn)這一技術的，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)實驗裝置是提供時間（光子）與空間（電子）多維研究與調控的重大科技基礎設施?！敝貞c大學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。

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動時，發(fā)生偏轉而發(fā)出同步輻射光，作為光子探針給需要光的研發(fā)用戶提供實驗支撐。

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)運動時“通行無阻”。為此，科研人員選用了導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)的強流真空技術大大提高了實驗的安全性與成功率，現(xiàn)在這一裝置可以運行高達1安培的電流強度，這在全國范圍內(nèi)都是領先的?！闭劶按?，超瞬態(tài)實驗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，可實現(xiàn)對物質在力、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)實驗裝置不僅能了解物質靜態(tài)的結構，也能夠探尋物質動態(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。

物質的“瞬息”之變在超瞬態(tài)下一覽無遺，實現(xiàn)了多維度多尺度研究非平衡態(tài)物質的結構、動態(tài)演化與性能。

大舉：從無到有定制設計

7月6日，走進西部（重慶）科學城，滿目綠意、生機盎然。在位于其核心區(qū)域的重大科技基礎設施聚集區(qū)內(nèi)，又一根樁基順利澆筑，深深扎進地下。

這是超瞬態(tài)實驗裝置項目第一階段的建設現(xiàn)場。

“其實，一般四層的科研樓建筑，如果地質條件好，是不需要樁基的，大部分只需要做一個淺基礎?！敝貞c大學基建規(guī)劃處工作人員傅晏說。

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

這樣費時費力費錢有必要嗎？

答案是肯定的。

第一階段，這里將完成500MeV低能強流同步輻射光源和3個超瞬態(tài)電子顯微集群的建設。這些實驗裝置比一般項目對環(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)劃處帶著圖紙到實驗室與科研團隊交流討論便成為常態(tài)。

“建造一般的實驗室，我們在了解其需求后，進行標準化基建即可。但這個實驗裝置在重慶獨一無二，沒有經(jīng)驗可循，所以我們采取全定制的方式，和專家一起反復打磨商定?！备店探榻B，例如增加樁基礎數(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?！苯姓f，“因為它們都是通過磁鐵約束，一旦發(fā)生震動，磁鐵一抖，電子就會跟著抖，實驗就無法正常開展。”

預計到今年底，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：工業(yè)經(jīng)濟蓄勢騰飛

在3D打印中，粉末熔化、液滴飛濺、結晶凝固等動態(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行研究，由此揭示3D打印材料的失效機理。

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特的對比度成像機制，能在結節(jié)僅為毫米大小時就能準確判定是否癌變。

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

……

這一個個發(fā)于毫末的場景，就是未來超瞬態(tài)實驗裝置廣闊的應用前景。

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

超瞬態(tài)實驗裝置通過對光子和電子的有機結合，能夠提升對物質形成超快過程的認知過程，也可以對超快物理、材料和生命科學提供全新的分析手段，為物質科學開展深度研究提供新的重大發(fā)現(xiàn)機遇，是承擔原始創(chuàng)新重任的“科學重器”。

“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，看它的材料結構以及材料成分等，涉及領域包括生物、化學、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)點和落腳點?！?/p>

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(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、攻克重要領域關鍵技術、以點帶面聯(lián)動其他領域創(chuàng)新。

重慶本就有良好的工業(yè)基礎，微電子產(chǎn)業(yè)、新材料產(chǎn)業(yè)欣欣向榮，超瞬態(tài)實驗裝置的落地將為重慶的工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展安上飛速運轉的新引擎。