挑战科学前瞻的时空极限
发布时间：2023-02-27 09:06:18 所属栏目：动态 来源：
导读：挑战极限从来都是人们的梦想,无论是体育竞技还是科学探测。。在国家自然科学基金的支持下，中国科学院院士、北京大学教授龚旗煌团队长期致力于挑战科学前沿的“时空极限”研究，助力人们不断拓宽认知的边界
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挑战极限从来都是人们的梦想,无论是体育竞技还是科学探测。。在国家自然科学基金的支持下，中国科学院院士、北京大学教授龚旗煌团队长期致力于挑战科学前沿的“时空极限”研究，助力人们不断拓宽认知的边界。 “我们就是要在时间和空间上追求极限。”龚旗煌告诉《中国科学报》。在国家重大科研仪器研制项目“飞秒-纳米时空分辨光学实验系统”的支持下，该团队成功研制出高时空分辨光电子成像系统。它可以让人们在纳米（10-9米）量级（空间）和飞秒（10-14秒）量级（时间）上看清纳米尺度结构及其时间演化，同时具备能量和动量分辨能力。该系统将推动等激元光子学、量子材料、半导体材料等领域及其相关交叉学科在基础和应用研究方面的革命性发展。 从“零”起步 当前，光信息处理、光显示、光探测传感等领域的技术迭代更新，光电功能器件向超高密度、超快速度、超低功耗方向不断发展，研制基于新型材料的复合微纳器件成为一大趋势。这就要求人们弄清微纳米尺度下的光电超快动力学过程。然而，长期以来，我国一直缺乏在相关领域的研究积累。 “我们的目标是在空间和时间维度上，把分辨率做到极限（纳米量级和飞秒量级），并将二者结合起来，在极小的空间尺度下看清极快的变化过程，从而拓宽人们认知的边界。”龚旗煌说。 人眼能分辨出100微米大小的物体，借助光学显微镜能看到200纳米大小的物体，而电子显微镜则能让人看清0.1纳米大小的物体。有了这样一套系统，就像拥有一台10秒分辨率（比高速相机快1000万倍）的特殊超高速相机，同时具备电子显微镜的空间分辨能力，可以看清楚小于10纳米的结构。 2016年，在国家重大科研仪器研制项目的资助下，龚旗煌团队开始研制“飞秒-纳米时空分辨光学实验系统”。 项目伊始，团队面对的是一间400平方米空旷实验室的改造任务。“飞秒-纳米时空分辨光学实验系统”对实验条件要求极高，细小振动、微弱电磁干扰都会影响实验精度。为达到要求，团队精心测量实验室振动、电磁场分布及变化，反复讨论抗振、抗电磁干扰方案。最终，他们设计实施出一套高层建筑主动电磁屏蔽及减少建筑物振动的方案，建筑师经精确测算设计后才小心翼翼地交付施工。 对团队来说，解决实验室装修难题只是万里长征的第一步。在项目执行过程中，从系统设计与定制、搭建与优化、获取信号，到仪器安装、仪器测试，团队都需要不断摸索、反复推敲。 “这是一种全新的测量手段，从设计方案到技术实现都从未做过，因此我们要从零开始探索。”龚旗煌说。 攻坚过“坎儿” “这个系统以前没人做过，国际上也没有经验可供借鉴，所以我们要不断尝试，很多时候都是在试错。”团队成员、北京大学教授刘运全对《中国科学报》说，“有时候觉得好像都做对了，但就是得不到理想信号，只能一遍遍检查、优化，钻进每个细节中反复调试，这样才能获得最优指标。” 遇到的考验多了，团队形象地将问题和考验称作“坎儿”，解决一个难题就是过一个“坎儿”。 “每个‘坎儿’都是一次挑战，每个‘坎儿’都不容易过，但要实现零的突破，就必须过无数个‘坎儿’。”团队成员、北京大学教授级高工杨宏补充说。 该系统的核心模块之一是超快极紫外光电子显微镜。团队首先面临产生高通量极紫外光源这个“坎儿”。研究人员基于气体高次谐波产生技术，从理论模拟、实验验证到模块设计，紧密合作，反复优化参数，将谐波转化效率提高了两个量级以上，最终产生了满足要求的超快极紫外光源。这一成果不仅填补了国内空白，而且为我国极紫外光源研究奠定了基础，也标志着我国在极紫外光源领域取得了重大突破。 （编辑：聊城站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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