PDF《综合极端条件实验系统》

24 2018?年.

第?33?卷.增刊?1 综合极端条件实验系统 是中国科学院在财政部支 持下于2007年前后部署的国家重大科研装备研制项目.该 实验装置的核心是极低温、强磁场、超高压和超强超快激 光等相互交叉的极端实验条件,以及围绕这些极端条件建 立起来的一系列实验支撑系统,包括物性表征系统、电学 量子调控系统、光学量子调控系统、固体核磁共振量子调 控系统、高压和超高压发生系统、超短超强激光场产生系 统、极端光场先进操控系统、极端条件下多电磁波段诊断 系统、极端条件下高能粒子先进诊断系统等.这一实验装 置建成后,被用于开展量子输运、量子自旋电子学、固态 量子计算、极端相对论物理、高能量密度物理以及超快物 理与化学过程等量子论、相对论方面的前沿研究,为量子 反常霍尔效应的发现等重要研究成果的产生作出了贡献. 仪器研发背景 从远古各种简单工具的运用到望远镜、显微镜乃至 当代大型对撞机的使用,历史上许多重大的科学发现都 得益于实验条件的拓展和技术手段的进步.近年来,人 们利用各种极端条件取得了许多具有深远影响的科学突 破,其中不少工作获得了诺贝尔奖,也有大量创新性的 研究成果得到重要的实际应用.利用

1 种或者多种综合 在一起的极端实验条件取得创新突破,已成为了当今科 技发展的一种重要范式. 如果说大型对撞机主要用于研究物质的基本单元及 其构成、研究在宇宙大爆炸之初的能量和时间尺度上物 质的状态,那么低温制冷机则主要用于研究物质在极低 温条件下呈现出来的宏观量子现象和集体运动行为.大 爆炸之后我们的宇宙正在不断地冷却.现在宇宙的背景 温度大概冷到了

3 K 左右.而运用现代制冷技术,人们已 经可以在实验室中创造出比宇宙背景温度低得多的极低 温条件.在此基础上,科学家们先后发现了整数量子霍 尔效应、分数量子霍尔效应、3 He 超流等重要的宏观量子 现象.这些伟大的发现先后获得了诺贝尔物理学奖.我 们完全有理由相信,随着制冷技术的继续进步,必定会 有更多重要的量子现象在更低的温度下被发掘出来. 鉴于包括极低温、强磁场、超高压和超强超快激光 在内的综合极端实验条件的重要性,世界上许多发达国 家或地区,如美国、欧洲、日本都竞相在此领域投入大 量的人力和物力,展开激烈的竞争.许多著名的研究机 构,如美国佛罗里达强磁场实验室、劳伦斯 ・ 利弗莫尔和 洛斯 ・ 阿拉莫斯国家实验室,法国格勒诺布尔的尼尔研究 综合极端条件实验系统 中国科学院物理研究所 面向世界科技前沿 电学量子调控系统 执笔人:吕力 院刊

25 所和欧洲强磁场中心,日本东京大学固体所极端条件实 验室,德国马普量子光学研究所及核物理研究所等都拥 有先进的极端条件实验设施. 在2007 年前后,中国科学院物理研究所在主管部门 和财政部的大力支持下,开始利用现代科学技术建立研 究物质科学的综合极端条件实验装置,希望装置建成后 能够从材料合成、结构分析、物性研究和器件制备多个 角度,为物理、化学、材料科学、生命科学、地学和资 环科学等多个领域的创新研究提供强劲支撑,在更为广 阔和深入的层次上为基础、应用和国防等多学科领域的 创新探索创造机遇. 取得的进展 综合极端条件实验系统的核心是相互交叉的极低 温、强磁场、超高压、超强激光、超快激光等极端实验 条件,以及围绕这一核心集成的一系列适合于在极端条 件下工作的外围实验支撑和测量系统. 在极低温相关的建设内容方面,该系统基于国内第 一台核绝热去磁装置搭建了最低温度小于