探索極端條件下的物質(zhì)世界

在北京懷柔科學(xué)城，藏著一個(gè)“走極端”的科研天地，這里溫度逼近絕對(duì)零度，磁場強(qiáng)度達(dá)26特斯拉，超高壓接近地心壓力，光場時(shí)間尺度精準(zhǔn)至阿秒級(jí)別。近日，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置在此通過國家驗(yàn)收，標(biāo)志著我國建成國際先進(jìn)、具備極低溫、超高壓、強(qiáng)磁場和超快光場等綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠脩粞b置。

“這個(gè)區(qū)域的磁場強(qiáng)度約是地球磁場的10倍，不過沒戴心臟起搏器就無需擔(dān)憂。”中國科學(xué)院物理研究所研究員周睿向來訪者介紹時(shí)語氣輕松，而裝置的“魔力”遠(yuǎn)不止于此。地下1.8米深處，有著比宇宙背景溫度低幾千倍的極低溫環(huán)境，以及比地球磁場強(qiáng)數(shù)十萬倍的超強(qiáng)磁場。

該裝置核心目標(biāo)是通過極端實(shí)驗(yàn)條件調(diào)控和研究物質(zhì)的量子態(tài)。為實(shí)現(xiàn)量子態(tài)精確調(diào)控，裝置具備極低溫、強(qiáng)磁場、超高壓和超快光場四個(gè)極端實(shí)驗(yàn)條件。極低溫低至0.05開爾文，強(qiáng)磁場達(dá)26特斯拉，高壓達(dá)300吉帕，超快光場時(shí)間分辨率達(dá)阿秒級(jí)別。

在極低溫實(shí)驗(yàn)站，低于1毫開爾文的環(huán)境需層層隔熱設(shè)計(jì)，科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)多款“冰箱”，搭建起夸父量子計(jì)算云平臺(tái)。超快光場實(shí)驗(yàn)站里，阿秒激光系統(tǒng)以72阿秒時(shí)間分辨率捕捉原子尺度下的晶格運(yùn)動(dòng)和電子行為。

目前，裝置的極端條件物性表征系統(tǒng)等位于懷柔科學(xué)城，高溫高壓大體積材料研究系統(tǒng)位于吉林長春。這些極端條件可拓展物質(zhì)科學(xué)研究空間，實(shí)現(xiàn)綜合化、集群化，促進(jìn)新發(fā)現(xiàn)。在建設(shè)過程中，科研人員為保證實(shí)驗(yàn)裝置高精度運(yùn)行，親自拿著磁鐵和金屬探測器檢查每一寸土地；為解決強(qiáng)磁場設(shè)備液氦消耗問題，不斷嘗試改進(jìn)導(dǎo)線材料、調(diào)整導(dǎo)線位置。

（摘自《光明日?qǐng)?bào)》4.3 鄒曉菁/文）