近期，重大科技基礎設施“穩態強磁場實驗裝置”在合肥通過驗收，使我國成為繼美國、法國、荷蘭、日本之后第五個擁有穩態強磁場的。而在北京懷柔，另一個大科學裝置——“綜合端條件實驗裝置”也啟動建設。聽起來，“穩態強磁場”“綜合端條件”都很陌生，它們都屬于重大科技基礎設施。為什么要建這樣的設施，對于科學研究來說，這兩個大裝置有著什么樣的重要意義呢?
穩態強磁場實驗裝置
磁現象是物質的基本現象之一?？茖W研究早已證實，當物質處在磁場中，其內部結構可能發生改變，磁場因而一直是研究物理等諸多學科的一種非常有用的工具。物質結構和狀態在強磁場環境下都可能發生變化，呈現出多樣的物理、化學現象和效應。磁場強度越高，物質的變化就越為明顯，也就越有利于新的科學發現，就像顯微鏡放大10000倍比放大10倍能告訴研究人員更多一樣。但是，磁場強度的提高，每一步都走得很艱難。強磁場中心的“穩態強磁場實驗裝置”達到了40萬高斯的磁場強度，這是二十幾年來，上幾個有實力的都在嘗試的目標。
中國科學院強磁場科學中心(圖中設備為磁性測量設備MPMS，圖片來源于網絡)
混合磁體裝置(已產生穩態磁場強度達40T、第二高場強，圖片來源于網絡)
強磁場是現代科學實驗重要的端條件之一。在強磁場這種端條件下，物質的特性可以被調控，這就給科學家提供了研究新現象、發現新技術的機遇。因此場也被稱為諾貝爾獎的搖籃，包括1985年和1998年諾貝爾物理獎的整數和分數量子霍爾效應、2003年獲得諾貝爾獎的核磁共振成像技術。從生命科學到醫療技術，從化學合成到功能材料……在各個科學領域，強磁場都是科學家們渴求的研究環境。
”穩態強磁場實驗裝置”運行期間，為清華、北大、復旦、中科大等106家用戶單位的1500余項課題提供了實驗條件，產出了一大批具有國際影響力的科研成果。
綜合端條件實驗裝置
任何物質都是在一定的物理條件下形成的，通過使物理實驗條件達到端狀態，可以形成許多在常規物理條件下不能得到的新物質和新物態。綜合端條件實驗裝置是指綜合集低溫、超高壓、強磁場和超快光場等端條件為一體的用戶裝置。就在“穩態強磁場實驗裝置”通過驗收的第二天，我國在北京市懷柔科學城啟動建設“綜合端條件實驗裝置”，比“穩態強磁場實驗裝置”更進一步。
端條件概念示意圖(圖片來源于中科院物理所)
項目席科學家、中科院物理研究所研究員呂力(Quantum Design 公司產品用戶)說：“比如低溫可以抑制物質中電子、原子的無規運動;強磁場作為可以調控的熱力學參量，能夠改變物質的內部能量;超高壓可以有效縮短物質的原子間距，增加相鄰電子軌道的重疊，從而改變物質的晶體結構，以及原子間的相互作用，形成全新的物質狀態;超快激光則具有無與倫比的超快時間特性，快速變化的光場是人們能夠操作并且控制的快物理量。”
綜合端條件實驗裝置建成之后，將是國際上集低溫、超高壓、強磁場和超快光場等端條件為一體的用戶裝置，在非常規超導、拓撲物態、量子材料與器件等領域，提供實驗手段的支撐，進而為相關材料的人工設計與制備，以及諸多科學難題的破解提供前所未有的機遇。
穩態強磁場實驗裝置、綜合端條件實驗裝置等的重大科技基礎設施，是科學家們進行科學研究的重要平臺，也是提升科研水平的利器。它們的建成，既是我國科研人員創新進取的成果，也將以巨大的磁力，吸引更多人才從事相關領域的研究，推動我國基礎領域的科學研究進一步走向前沿。
文章原文部分摘自：CCTV焦點訪談、人民網
