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《焦点访谈》:国家重大科技基础设施稳态强磁场实验装置顺利验收,综合极端条件实验装置启动建设
 
    近期,国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”在合肥通过验收,使我国成为继美国、法国、荷兰、日本之后第五个拥有稳态强磁场的国家。而在北京怀柔,另一个大科学装置——“综合极端条件实验装置”也启动建设。听起来,“稳态强磁场”“综合极端条件”都很陌生,它们都属于国家重大科技基础设施。为什么要建这样的设施,对于科学研究来说,这两个大装置有着什么样的重要意义呢?
 
稳态强磁场实验装置

    磁现象是物质的基本现象之一。科学研究早已证实,当物质处在磁场中,其内部结构可能发生改变,磁场因而一直是研究物理等诸多学科的一种非常有用的工具。物质结构和状态在强磁场环境下都可能发生变化,呈现出多样的物理、化学现象和效应。磁场强度越高,物质的变化就越为明显,也就越有利于新的科学发现,就像显微镜放大10000倍比放大10倍能告诉研究人员更多一样。但是,磁场强度的提高,每一步都走得很艰难。强磁场中心的“稳态强磁场实验装置”达到了40万高斯的磁场强度,这是二十几年来,世界上几个有实力的国家都在尝试的目标。

中国科学院强磁场科学中心(图中设备为磁性测量设备MPMS,图片来源于网络)

混合磁体装置(已产生稳态磁场强度达40T、世界第二高场强,图片来源于网络)
     强磁场是现代科学实验最重要的极端条件之一。在强磁场这种极端条件下,物质的特性可以被调控,这就给科学家提供了研究新现象、发现新技术的机遇。因此场也被称为诺贝尔奖的摇篮,包括1985年和1998年诺贝尔物理奖的整数和分数量子霍尔效应、2003年获得诺贝尔奖的核磁共振成像技术。从生命科学到医疗技术,从化学合成到功能材料……在各个科学领域,强磁场都是科学家们渴求的研究环境。
    ”稳态强磁场实验装置”运行期间,为清华、北大、复旦、中科大等106家用户单位的1500余项课题提供了实验条件,产出了一大批具有国际影响力的科研成果。

综合极端条件实验装置

    任何物质都是在一定的物理条件下形成的,通过使物理实验条件达到极端状态,可以形成许多在常规物理条件下不能得到的新物质和新物态。综合极端条件实验装置是指综合集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置。就在“稳态强磁场实验装置”通过验收的第二天,我国在北京市怀柔科学城启动建设首个“综合极端条件实验装置”,比“稳态强磁场实验装置”更进一步。

 极端条件概念示意图(图片来源于中科院物理所)
    项目首席科学家、中科院物理研究所研究员吕力(Quantum Design 公司产品用户)说:“比如极低温可以抑制物质中电子、原子的无规运动;强磁场作为可以调控的热力学参量,能够改变物质的内部能量;超高压可以有效缩短物质的原子间距,增加相邻电子轨道的重叠,从而改变物质的晶体结构,以及原子间的相互作用,形成全新的物质状态;超快激光则具有无与伦比的超快时间特性,快速变化的光场是人们能够操作并且控制的最快物理量。”
    综合极端条件实验装置建成之后,将是国际上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置,在非常规超导、拓扑物态、量子材料与器件等领域,提供最尖端实验手段的支撑,进而为相关材料的人工设计与制备,以及诸多科学难题的破解提供前所未有的机遇。
    稳态强磁场实验装置、综合极端条件实验装置等的国家重大科技基础设施,是科学家们进行科学研究的重要平台,也是提升科研水平的利器。它们的建成,既是我国科研人员创新进取的成果,也将以巨大的磁力,吸引更多优秀人才从事相关领域的研究,推动我国基础领域的科学研究进一步走向世界前沿。

文章原文部分摘自:CCTV焦点访谈、人民网
 
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