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【中国科学报】中科院极端条件物理重点实验室:挑战“极端”的魅力

文章来源:中国科学报 张晴丹    发布时间:2015-04-20  【字号:      】

物理所牵头建设的上海光源“梦之线”技术验收现场

  实验室现在将重点放在建立一个开放的极端条件物理实验平台上,将来世界上很多科研人员都可以到这里来做实验,有可能发现在常规条件下不存在的一些新的现象或者物质,寻找出新的规律,拓展人类的知识范围。

  “目前,传统的凝聚态物理科学已经日臻完善,要想走在科学研究更前沿,就需要发展一些极端的物理条件,极端物理条件下是发现新现象、新规律和新材料的重要途径,极端条件物理重点实验室就是在这样的背景下应运而生。”近日,中科院极端条件物理重点实验室主任汪卫华在接受《中国科学报》记者采访时表示。

  中国科学院极端条件物理重点实验室依托于中科院物理研究所,由原中科院极低温物理开发实验室和物理所部分低温、高压方面的研究组于2000年联合组建而成。

  成立之初至今,15年里,汪卫华见证了实验室从小到大,从蹒跚起步到硕果累累。经过几代人多年来共同的努力,现在的实验室在利用这些极端条件进行各种物理问题的研究方面已经积累了丰富的经验,为国家作出了杰出贡献。

  全新方向引领发展前景

  材料科学发展至今,常规条件下的一些材料的物理现象已经被发现得差不多了。“为了能够创造出更多的机遇以取得新的研究突破,现在的发展趋势是希望在一些非常规的极端条件下研究材料的性质、发现新的物态和材料。”汪卫华介绍说。

  很多材料的性质在常规条件和极端条件下是完全不一样的,有可能存在很大差别。团队的目标就是求“新”,除了看现有的物理规律在极端条件下是否成立外,还希望不断发现新的物质和现象。从基础研究来说,这是一个新的研究方向。

  实验室的方向和定位关乎团队的发展前景,而极端条件物理重点实验室的定位是“不走寻常路”,通过提供一个极低温、强磁场、超高压的实验条件,进行各种物理问题的研究,广泛应用各种极端条件的综合交叉,形成自己的科研特色。

  同时,实验室还具备强磁场、高温、超快速凝固、微重力等其他极端物理条件。“具备如此综合的极端物理条件的实验室为数不多。”汪卫华表示,中国科学院极端条件物理重点实验室有望在新材料探索、凝聚态物理前沿领域做出一流的工作。

  人才会聚带来丰硕成果

  目前,实验室有7个课题组组成,分别开展强关联电子体系的低温物性研究、重费米子物理研究、非晶材料和物理研究、高压新材料和物理研究、高压晶体制备与综合极端调控研究、角分辨光电子能谱研究、极端条件下(极低温/强磁场)扫描探针技术的研发及其在材料科学和纳米科学中的应用。

  其中,非晶材料和物理研究课题组是国内最早开展金属纳米材料制备,结构和物性研究的单位之一。已具备制备大块非晶合金,超快合金凝固,热处理,形核和长大研究的基本设备。

  而高压新材料和物理研究组主要运用高压手段开展新型量子功能和新能源材料研制和物性表征研究,发现了近百种高压新物质和新相和结构,近期主要研究包括发现“111”型铁基超导新体系、发现压力诱导的拓扑超导、发现自旋电荷注入机制分离的新一代稀磁化合物。

  科研团队离不开人才,人才的汇集可以为一个团队注入新鲜的血液。

  “我们的实验室是物理所第二大实验室,人才很多,实验室经过多年的努力,已经吸引了一批年轻优秀人才加入。”汪卫华说。

  实验室现有在职职工54人,其中有中国科学院院士1人,正高级职称人员数17人,副高级职称人员数14人,两人入选“千人计划”,4人入选“百人计划”,7人获国家杰出青年科学基金。

  其中,王楠林、靳常青、丁洪等荣获2013年度国家自然科学奖一等奖。汪卫华、潘明祥、赵德乾、白海洋荣获2010年度国家自然科学奖二等奖。

  获中科院“百人计划”择优支持的杨义峰长期坚持在重费米子领域的研究工作,在重费米子方面的主要学术成果是发展了重费米子二流体理论,为该领域主要的新兴学术观点之一。迄今为止已经在Nature、PNAS、PRL等国际重要学术刊物发表论文20余篇。

  实验室每年发表文章60多篇,自成立以来在Science、Nature及其子刊系列、PNAS、PRL发表论文40多篇。

  奇特魅力促使不断前进

  “最近几十年,极端条件物理的技术发展迅速,原来有些达不到的极端条件,现在也可以达到了。”汪卫华欣慰地说,比如实验室可以把温度降低到零下273摄氏度左右,这种几近极限的温度条件下,很多物质的性质会变得非常神奇。

  例如,如果将氦气放到如此低的温度条件下时可以变成液体,并且这种液体不再是传统思维里的“水往低处流”的状态,可以实现超流。很多材料在如此低温下,电阻会降到零,实现超导。水本来是很柔性的物质,但在超高压力下就会变成超临界水,其性质完全不同于常规条件下的水。

  “这就是极端条件的魅力,正是这样的魅力吸引着我们不断前进。”汪卫华说。

  基础研究总是超前的。实验室已经可以实现比海底下的压力还高上千倍,而这样的研究很可能在50年以后才用得上。

  实验室一直坚持突破现有成绩,围绕着这个领域不断地寻求新的道路。

  据汪卫华透露,由实验室的丁洪研究员领衔,正在筹建更先进的极端实验平台,其有可能成为世界上极端条件物理实验最好的平台。

  “在最高的压力、最低的温度、最强的磁场、最强的激光等条件下作研究,这种研究有可能就是世界上最前沿的,也将产生出领先世界前沿的科研成果。”汪卫华说。

  实验室现在将重点放在建立这样一个开放的极端条件物理实验平台,将来世界上很多科研人员都可以到这里来做实验,有可能发现在常规条件下不存在的一些新的现象或者物质,寻找出新的规律,拓展人类的知识范围。这些新发现的物质将来也可能有重要的应用。

  (原载于《中国科学报》 2015-04-20 第8版 平台)




(责任编辑:侯茜)

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