【上游新闻】​重庆首个大科学装置 堪称科学研究的“航空母舰”来了！

日前，重庆首个大科学装置——超瞬态实验装置项目在西部（重庆）科学城开工。这个装置到底是什么？又研究什么？对于重庆来说又有什么意义呢？昨日（6月1日），上游新闻走进超瞬态实验装置项目专家团队，对该项目的研究内容一探究竟。

▲唐文新教授

研究“飞秒”下的“动静”

大科学装置也称大科学设施，通过较大规模投入和工程建设，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动，实现重要科学技术目标。

同时，大科学装置堪称科学研究的“航空母舰”，是建立具有强大国际竞争力的国家大型科研基地的重要条件。要具备强大的科学技术水平和强大的国际竞争能力，在相当大程度上是通过一批高水平的大型科研装置和基地体现的。

“超瞬态科学，是十分前瞻的物质科学领域，也是未来科学发展的重要引领性方向之一。”重庆大学电子显微镜中心科研主任、超瞬态科学装置技术总负责人唐文新教授介绍，超瞬态实验装置由“高通量同步辐射光源”和“超瞬态电子显微镜集群”两部分有机组成，是研究非平衡态（或亚稳态）下物质的结构、功能及演变过程，是解决物质科学从“结构观察”迈向“功能控制”的关键手段。

因此，它不仅能了解物质静态的结构，也能够揭秘物质动态的变化过程，涉及的时间尺度可从飞秒（即1秒的一千万亿分之一）到秒，空间尺度可从埃（即纳米的十分之一）到米。

“飞秒”、“埃”又如何理解？重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授解释，飞秒是时间单位，1飞秒为1秒的一千万亿分之一。这又是什么概念呢？陈厚文接着说，光是宇宙里跑得最快的，每秒约跑30万公里（绕地球7圈半），但在1飞秒内，光也只能跑300纳米。而埃是长度单位，1埃为1纳米的1/10。1纳米约一根头发丝的6万分之一，那1埃就是一根头发丝的60万分之一。而超瞬态实验装置就是要精确到“飞秒”+“埃”的尺度下来研究物质“瞬息变化”。

▲陈厚文副教授

未来的运用涉及新材料、新能源、生物医疗

在实际生活中，未来的研究将极为广泛，该装置以服务国家重大需求和国民经济主战场为导引，重点解决先进制造、先进材料、新能源、电子信息、生物医药等领域共性关键技术需求，对高温燃烧机理、3D 打印、新材料、极紫外光刻、新燃料电池、癌症早期诊断与放疗等基础研究和产业技术融通创新提供强有力的支撑。

重庆大学电镜中心副主任黄天林教授表示，各种物质都是一个从微观到宏观的过程，宏观的性质是微观结构的反应，也就是说微观决定了宏观的性能。简单来说，只有把微观的机制搞清楚了之后，才能去调控它宏观的性质。

黄天林教授介绍，例如在新材料领域，想要开发出在极端条件下性能还很好耐用的新材料，就需要分析微观组织在极端条件，如超高速变形条件下的动态演变，这时候超瞬态实验装置就将发挥大作用。

“以前开发一个产品，时间很长，要是开发核心产品，生产工艺参数的调控与优化可能需要10年甚至20年时间。如果把宏观性能随工艺参数变化背后的微观机制弄清楚，再去调控时，就知道朝哪个方向改进，开发新产品就要快很多。”重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授通俗地将材料设计这个过程比作炒菜，他表示，在炒菜的时候，要放各种各样的佐料，其量会影响最后的口感。材料设计也是如此，要加什么样的核心元素，加多少进去以后，材料性能才会是最好的，是他们研究的目的。

“我们通过对不同工艺得到的材料的微观结构进行研究，就可以得到一个机制，知道这些元素加进去以后材料的性能为什么会好，加多少量又是最佳的……有了这些规律性机制以后就可以反过来指导先进材料的设计。” 陈厚文说道。

大科学装置将极大提高重庆的科学影响力

近年来，重庆把科技创新摆在发展全局中更加突出的位置，市委市政府主要领导在推动成渝地区双城经济圈建设领导小组会议、全市高等院校和科研院所工作座谈会等多个场合，反复强调要推进大科学装置、国家（重点）实验室等重大科技基础设施落地。

作为全国最顶尖的电子显微镜中心之一，重庆大学电子显微镜中心不但拥有全球空间分辨能力最高的商业透射电镜，有其自主研发的世界首台具有三维晶体学与三维位错表征能力的透射电镜，以及世界首套像差校正超快自旋极化低能电子显微镜，填补了全球电镜领域的空白，还建立了自主研发超瞬态电子显微镜团队，为建设超瞬态实验装置打下良好基础。

▲唐文新教授（中）与团队成员

“拥有先进的大科学装置，甚至大科学装置群，是重庆打造具有全国影响力的科技创新中心的重要支撑和基本条件。”项目技术总负责唐文新教授称，开工建设超瞬态实验装置，是重庆迈向具有全国影响力科技创新中心的“第一步”，是科学城创新能级最基础也是最关键的标志。不仅有利于重庆科技创新能力提升、攻克重要领域关键技术、以点带面联动其他领域创新，同时，将吸引一大批尖端人才聚集到重庆，利用先进的重大科学基础设施开展前沿科学和应用技术研究，促进年轻人才的培养，未来孕育出一批在中国具有影响力的高科技企业。

据悉，开放共享共建是大科学装置的一个显著特点，装置将面向国内外开展合作共建，联合国内外优秀科技力量，共同发现重大科学问题、突破关键技术瓶颈，提升重庆科技创新中心在全国乃至国际的影响力。

来源：上游新闻·重庆晨报