六月一日，重慶大學(xué)電子顯微鏡中心，科研人員正在向中學(xué)生介紹像差校正透射電鏡工作原理和功能。該中心為建設(shè)超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置打下良好基礎(chǔ)。首席記者 龍帆 攝\視覺重慶

　　天下武功，唯快不破。

　　武俠小說里，以快為主的武功往往令對(duì)手措手不及，一閃即逝，一招制勝。

　　近日，重慶首個(gè)大科學(xué)裝置——超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目在西部（重慶）科學(xué)城開工。

　　什么是超瞬態(tài)？它可以快到什么程度？要研究什么？大科學(xué)裝置有怎樣的意義？6月1日，帶著這些疑問，重慶日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室一探究竟。

　　“飛秒+?！毖芯课镔|(zhì)的瞬息變化

　　“超，即超越；瞬，即瞬間即逝、瞬息萬變?！痹谥貞c大學(xué)電子顯微鏡中心大廳，該中心科研主任、超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)總負(fù)責(zé)人唐文新教授開門見山地介紹，超瞬態(tài)科學(xué)是十分前瞻的物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，也是未來科學(xué)發(fā)展的重要引領(lǐng)性方向之一。

　　那么，什么是超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置？

　　“超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置是提供時(shí)間（光子）與空間（電子）多維研究與調(diào)控的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施?！敝貞c大學(xué)電鏡中心副主任、超瞬態(tài)電子顯微鏡研發(fā)核心成員黃天林教授說，鋼鐵、鋁合金、鎂合金和鋯合金等為主的金屬結(jié)構(gòu)材料，在重大工程領(lǐng)域和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有十分重要的作用。而多維多尺度表征是材料研究的基礎(chǔ)。

　　此前，大家用二維（平面）的方式去分析物質(zhì)，后來有了三維，可以立體地分析物質(zhì)?，F(xiàn)在，科學(xué)家們?cè)O(shè)想加上光子（時(shí)間維度）來分析物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化狀態(tài)，光子是實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率（超快）分析的有效手段。

　　也就是說，超瞬態(tài)不僅能了解物質(zhì)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，也能夠揭秘物質(zhì)動(dòng)態(tài)的變化過程。其涉及的時(shí)間尺度從飛秒到秒，空間尺度可從埃到米。

　　飛秒、埃聽起來超炫。意味著什么？

　　重慶大學(xué)電子顯微鏡中心透射電鏡技術(shù)負(fù)責(zé)人陳厚文副教授解釋，飛秒是時(shí)間單位，1飛秒為1秒的1000萬億分之一。

　　光是宇宙里跑得最快的，每秒約跑30萬公里（繞地球7圈半）。但在1飛秒內(nèi)，光也只能跑300納米。

　　埃是長度單位，1埃為1納米的1/10?！?納米是一根頭發(fā)絲的6萬分之一，1埃就是一根頭發(fā)絲的60萬分之一?！标惡裎恼f道。

　　超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置要在精確到“飛秒+?！钡某叨认拢瑏硌芯课镔|(zhì)“瞬息變化”，令人驚嘆！

　　“比如一頭豹子在高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，外界看到它形體的變化在秒量級(jí)。但它里面的肌肉纖維，細(xì)微到每一個(gè)分子如何運(yùn)動(dòng)和變化？我們可以通過超快手段來分析這個(gè)層面物質(zhì)相互作用的規(guī)律?！碧莆男抡f，同理，超瞬態(tài)可以運(yùn)用在材料、制造、能源等領(lǐng)域，分析物質(zhì)變化和時(shí)間相關(guān)的科學(xué)規(guī)律，從而推動(dòng)先進(jìn)制造、材料科學(xué)、信息科學(xué)、新能源等諸多領(lǐng)域發(fā)展。

　　大科學(xué)裝置堪稱科學(xué)研究的“航空母艦”

　　超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，由什么組成？

　　“大科學(xué)裝置堪稱科學(xué)研究的‘航空母艦’，是建立具有強(qiáng)大國際競爭力的國家大型科研基地的重要條件?！碧莆男陆忉尩溃罂茖W(xué)裝置國家有明確定義，也稱大科學(xué)設(shè)施，是國家為解決重大科技前沿、國家戰(zhàn)略需求中的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和前瞻性科技問題，謀求重大突破而投資建設(shè)的大型研究設(shè)施。

　　其通過較大規(guī)模投入和工程建設(shè)，建成后通過長期的穩(wěn)定運(yùn)行和持續(xù)的科學(xué)技術(shù)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)重要科學(xué)技術(shù)目標(biāo)。其基本特點(diǎn)是：科研力量集中、科研任務(wù)集中、投資力度大、多學(xué)科交叉、需要昂貴且復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、研究目標(biāo)瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)性，發(fā)展新型、邊緣科學(xué)和突破重大新技術(shù)。

　　超瞬態(tài)大科學(xué)裝置由“高通量同步輻射光源”和“超瞬態(tài)電子顯微鏡集群”兩部分組成：“高通量同步輻射光源”提供低發(fā)射度、高流強(qiáng)和高通量光源為特色的同步輻射裝置，主要服務(wù)于解決國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場中對(duì)高通量光源迫切需求的項(xiàng)目研發(fā)；“超瞬態(tài)電子顯微鏡集群”包括已自主研制成功的世界首套超瞬態(tài)自旋極化低能電子顯微鏡、世界獨(dú)特的四維透射電鏡等核心儀器設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)在力、熱、磁、電和輻照等多維多尺度耦合表征。

　　目前，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置是國際上首次明確在時(shí)間尺度上提出兩種探針相互耦合的大科學(xué)裝置。

　　超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置建成后有啥用

　　穿上防塵服、套上鞋套，記者走進(jìn)電鏡中心實(shí)驗(yàn)室。

　　在像差較正透射電鏡室，圖像分辨率可以達(dá)到50-80皮米（1皮米=1萬億分之一米），可以看出原子由什么元素構(gòu)成，怎么排列，但這只能作平面、靜態(tài)的分析。

　　在超快低能電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室，這里有唐文新帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立的世界首套超瞬態(tài)自旋極化低能電子顯微鏡。這臺(tái)復(fù)雜的超高真空系統(tǒng)組成的電子顯微鏡，周圍密布著各類儀表儀盤的信號(hào)電源線和超短脈沖激光/光學(xué)透鏡等——就像人體的心臟，周圍密布著血管和器官。

　　運(yùn)用激光+電子結(jié)合成像，在一個(gè)快門的時(shí)間完成上千萬張圖像成像……團(tuán)隊(duì)不斷挑戰(zhàn)“電子（空間）+光子（時(shí)間）”相結(jié)合所能達(dá)到的速度和結(jié)果。

　　未來，團(tuán)隊(duì)基于光子和電子同物質(zhì)相互作用的不同物理散射機(jī)制，將充分發(fā)揮電子探針在空間尺度、光子探針在時(shí)間尺度的各自表征優(yōu)勢，重點(diǎn)解決先進(jìn)制造、先進(jìn)材料、新能源、電子信息、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)需求，開展高溫燃燒機(jī)理、3D打印、新材料、極紫外光刻、固態(tài)及新燃料電池、癌癥早期診斷與放療等基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)技術(shù)融通創(chuàng)新。

　　“比如，肺癌早期診斷結(jié)節(jié)，超瞬態(tài)裝置超高的空間分辨率和獨(dú)特的對(duì)比度成像機(jī)制，能在結(jié)節(jié)還僅為毫米大小的時(shí)候就能準(zhǔn)確判定是否癌變?！碧莆男屡e例道。

　　“微觀結(jié)構(gòu)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(xué)元素分布，原子排列方式與方向等機(jī)制中去調(diào)控?！秉S天林表示，在新材料領(lǐng)域，如何開發(fā)出在極端條件下的高性能新材料，如耐高速?zèng)_擊變形的汽車輕量化材料，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置都將發(fā)揮重大作用。

　　“以前開發(fā)一個(gè)產(chǎn)品，時(shí)間很長，要是開發(fā)核心產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)控與優(yōu)化可能需要10年甚至20年時(shí)間。如果把宏觀性能隨工藝參數(shù)變化背后的微觀機(jī)制弄清楚，再去調(diào)控時(shí)，就知道朝哪個(gè)方向改進(jìn)，開發(fā)新產(chǎn)品周期就要快很多?！标惡裎膶⒉牧显O(shè)計(jì)這個(gè)過程比作“炒菜”，炒菜的時(shí)候，要放各種各樣的佐料，其量會(huì)影響最后的口感。材料設(shè)計(jì)也是如此，要加什么樣的核心元素，加多少進(jìn)去以后，材料性能才會(huì)是最好的。

　　“因此，可以通過對(duì)不同工藝得到的材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，然后發(fā)現(xiàn)其中機(jī)制，知道這些元素加進(jìn)去以后材料的性能為什么好，加多少量又是最佳……有了這些規(guī)律性機(jī)制以后就可以反過來指導(dǎo)先進(jìn)材料設(shè)計(jì)，同時(shí)有理有據(jù)，有理可依。”陳厚文說。

　　建設(shè)超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)重慶意味著什么

　　“加快集聚大科學(xué)裝置，積極爭取建設(shè)超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置……”據(jù)了解，超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置寫進(jìn)了《重慶市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二O三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》。

　　超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目占地500畝，總投資30億元，由重慶大學(xué)牽頭建設(shè)。超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置項(xiàng)目分兩期建設(shè)，一期計(jì)劃建設(shè)實(shí)驗(yàn)中心及辦公用房1.026萬平方米，建設(shè)500Mev低能強(qiáng)流同步輻射光源和3套超瞬態(tài)電子顯微平臺(tái)，預(yù)計(jì)2023年建成投用。

　　“擁有先進(jìn)的大科學(xué)裝置，甚至大科學(xué)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?！碧莆男路Q，開工建設(shè)超瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，是重慶邁向具有全國影響力科技創(chuàng)新中心的“第一步”，是西部（重慶）科學(xué)城創(chuàng)新能級(jí)最基礎(chǔ)也是關(guān)鍵的標(biāo)志，將有利于重慶科技創(chuàng)新能力提升、攻克重要領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)、以點(diǎn)帶面聯(lián)動(dòng)其他領(lǐng)域創(chuàng)新。

　　同時(shí)，將有利于迅速吸引大批尖端人才聚集到重慶，未來孕育出一批在中國具有影響力的高科技企業(yè)。開放共享共建是大科學(xué)裝置的一個(gè)顯著特點(diǎn)，裝置將面向國內(nèi)外開展合作共建，聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)秀科技力量，共同發(fā)現(xiàn)重大科學(xué)問題、突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提升重慶科技創(chuàng)新中心在全國乃至國際的影響力。