中國(guó)科學(xué)院物理所周睿研究員科普介紹極端條件物性表征系統(tǒng)—強(qiáng)磁場(chǎng)核磁共振實(shí)驗(yàn)站說，在強(qiáng)磁場(chǎng)下，不僅可以改變物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，顯示出新的量子效應(yīng)，還能根據(jù)電子在強(qiáng)磁場(chǎng)的響應(yīng)下，探究物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)信息；在超高壓下，可以縮短物質(zhì)本身的原子間距，形成全新的物質(zhì)狀態(tài)，比如石墨加壓后，可以華麗蛻變成鉆石。

　　磁場(chǎng)雖然看不見，卻真實(shí)存在于人們周圍。通過改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，存在于磁場(chǎng)內(nèi)部的物質(zhì)會(huì)改變狀態(tài)，反映出物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度越高，變化越明顯，而結(jié)構(gòu)分析越準(zhǔn)確。高壓作為另外一種外界刺激手段，元素不變的情況可以直接改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

　　周睿指出，為更全面了解物質(zhì)特性，研究人員會(huì)在對(duì)物質(zhì)施加磁場(chǎng)和壓強(qiáng)等外部刺激的同時(shí)，從聲、光、電、熱、磁等方面觀察物質(zhì)給出的反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)其有全面的認(rèn)識(shí)和理解，以準(zhǔn)確把握這些物質(zhì)可以發(fā)揮的潛力。

　　高溫高壓大體積材料研究系統(tǒng)包括固體環(huán)境高溫高壓極端條件實(shí)驗(yàn)、液體環(huán)境高溫高壓極端條件實(shí)驗(yàn)等子系統(tǒng)，主要通過建設(shè)固體環(huán)境高溫高壓極端條件、液體環(huán)境高溫高壓極端條件、非平衡高壓極端條件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成一個(gè)完整的高溫高壓大體積材料研究體系。

　　極端條件量子態(tài)調(diào)控系統(tǒng)包括亞毫開極低溫實(shí)驗(yàn)、極低溫固態(tài)量子計(jì)算研究、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)低維電子波譜學(xué)實(shí)驗(yàn)等子系統(tǒng)，通過建成亞毫開極低溫實(shí)驗(yàn)條件、極低溫極弱場(chǎng)超導(dǎo)量子計(jì)算條件、極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)自旋量子計(jì)算條件以及低溫強(qiáng)磁場(chǎng)低維電子波譜學(xué)實(shí)驗(yàn)手段，形成超導(dǎo)拓?fù)涞攘孔討B(tài)專用調(diào)控平臺(tái)。

　　中國(guó)科學(xué)院物理所李沛嶺副研究員科普講解說，在極端條件量子態(tài)調(diào)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)站中，科研人員借助儀器把溫度不斷降低，最低可以接近絕對(duì)零度(零下273.15℃)，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，物質(zhì)的熵趨近于零，此刻熱運(yùn)動(dòng)停止，物質(zhì)的原子分子排列會(huì)非常有序，原本微弱的量子效應(yīng)就會(huì)顯現(xiàn)出來，甚至一些材料會(huì)顯示出超導(dǎo)現(xiàn)象。

　　超導(dǎo)指某些材料在低溫環(huán)境下，電流通過時(shí)電阻為零的現(xiàn)象，如果把超導(dǎo)材料比喻成高速公路，電流看成車輛，那么電流這輛車在超導(dǎo)的路上行駛，就完全不會(huì)產(chǎn)生任何油耗。目前超導(dǎo)現(xiàn)象還依賴于低溫環(huán)境，如果研究出室溫超導(dǎo)體，那電力能源傳輸、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸、醫(yī)學(xué)診療都將有極大變化。

　　當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，物質(zhì)的基本構(gòu)成粒子像分子、原子甚至是電子就不像高溫時(shí)那么活躍，它們會(huì)以某種秩序排列起來，此時(shí)量子相關(guān)的一些特征效應(yīng)會(huì)變得更加明顯且容易捕捉。李沛嶺打比方說，“就像河里的魚，正常情況下我們看不清，但當(dāng)我們將水都變成冰，魚被凍在冰內(nèi)的時(shí)候，魚的各種特征就能通過準(zhǔn)確且全面的觀察確定下來”。

　　超快條件物質(zhì)研究系統(tǒng)主要建設(shè)飛秒激光、阿秒激光、飛秒X射線及飛秒電子脈沖等超快條件，形成超快條件下的時(shí)間分辨譜學(xué)測(cè)量平臺(tái)和時(shí)間分辨結(jié)構(gòu)成像平臺(tái)，包括飛秒激光超快實(shí)驗(yàn)、阿秒激光超快實(shí)驗(yàn)、超快X射線動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、超快電鏡與電子衍射實(shí)驗(yàn)等子系統(tǒng)。

　　中國(guó)科學(xué)院物理所董朔副研究員介紹阿秒超快實(shí)驗(yàn)站說，在超快光場(chǎng)下，阿秒是目前最小時(shí)間單位，1阿秒是秒的一億億分之一。日常拍照時(shí)，人們不斷按相機(jī)快門可以記錄下物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，在超快光場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室里，就相當(dāng)于擁有一個(gè)超級(jí)快速的相機(jī)快門，“拍攝”記錄下原子、分子、電子的運(yùn)動(dòng)，了解物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的全部變化。

　　她透露，比阿秒更快的時(shí)間單位是仄秒，但目前還處于理論探索階段。

　　中國(guó)科學(xué)院物理所表示，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置建成后，可提供最低溫度不高于1毫開爾文，最高壓力不低于3000億帕斯卡，最高超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度不低于26特斯拉，超快光場(chǎng)脈寬不高于100阿秒的極端條件實(shí)驗(yàn)環(huán)境。通過系統(tǒng)間實(shí)驗(yàn)條件的協(xié)同，還可以為用戶提供綜合極端條件指標(biāo)。

　　在建設(shè)過程中，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置不斷改進(jìn)方法體系，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γǔ蓮脑骷庸さ竭m應(yīng)不同測(cè)試需求的大型極端條件設(shè)備的測(cè)量體系、從設(shè)備研制到多極端條件集成的一體化工程技術(shù)體系，從而為該裝置極端條件指標(biāo)的突破、關(guān)鍵設(shè)備的自主研制等提供有力技術(shù)支撐，并通過自主研制掌握一大批具有國(guó)際一流水平的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。

　　目前，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置已上線“夸父”量子計(jì)算云平臺(tái)，成功研制基于極高場(chǎng)全超導(dǎo)磁體的極端條件物性測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一系列技術(shù)突破。

　　業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，綜合極端條件用戶實(shí)驗(yàn)裝置的建成運(yùn)行，將極大提升中國(guó)在物質(zhì)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究綜合實(shí)力，未來在諸如新型高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)、非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)理突破、量子計(jì)算核心技術(shù)突破、物性的超快調(diào)控和晶格振動(dòng)實(shí)時(shí)成像的實(shí)現(xiàn)等研究方向上，將助力中國(guó)取得國(guó)際一流的研究成果。(完)

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