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中国独创“深紫外光”:六大学科冲击诺贝尔有望  

2013-09-20 23:48:52|  分类: 科学研究前沿 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 9月4日,中国科学院,研究人员展示特殊合成晶体材料(KBBF)。项目工程总体部总经理詹文山说,国际上只能将晶体长到零点几毫米的厚度,唯独陈创天教授将之生长到适合的3毫米厚度。

 

中国独创“深紫外光”:六大学科冲击诺贝尔有望 - 临江仙 - spyan581的个人主页

 9月4日,中国科学院,研究人员展示特殊合成晶体材料(KBBF)。该晶体是产生深紫外激光设备的核心材料。

    “世界看得更清晰了。”一个由中国科学院承担,名为“深紫外固态激光源前沿装备”的中国自主研发项目6日通过验收,这意味着中国成为世界上唯一一个不仅能取得精密的深紫外光,而且还能将光源复制、应用和推广的国家。科学家表示,这一总投入近4亿元的科研项目,将推动中国在物理、生命科学、信息工程等六个学科的突破,助力科学家冲击诺奖。

  财政部投入近4亿资金

  此次通过验收的是一个庞大的科研设备平台,分成三个部分:核心是由四种物质组成的特殊合成晶体(KBBF),在此基础上,科学家研制出了可以打出深紫外光的激光源,最后,科学家研制出了8台设备,用以接收深紫外光,进行各类研究。

  据项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山介绍,项目分为一期和二期工程,目前验收的为一期,国家财政部为之投入1.86亿的专项资金。二期工程还将投入近2亿元的专项资金。

  “第一桶金给中国科学家”

  据介绍,目前,这一系列装备已经开始走向产业化道路,8台设备中的一台,准备在河北廊坊的产业基地进行初步产业化。对于今后产业化的方向,项目工程总体部总经理、中科院理化所研究员詹文山表示,希望科研成果的第一桶金,留给中国科学家。

  电磁波谱

  电磁波包括的范围很广,人眼可见的电磁波——可见光,只是电磁波中的一小部分。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都属于电磁波。它们频率或波长有很大差别,频率等于光速除以波长。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率),才具有不同的特性。

  深紫外光属于不可见光,非常难取得,其光波波段比200纳米还小,能量大,只能在真空中存在。

 

  释疑

  电力输送领域或将取得突破

  1 为何需要深紫外光?

  有它才能研究自然界一半以上材料

  为什么需要深紫外光?负责此次大型科研设备项目激光源设计的首席科学家、中国工程院院士许祖彦比喻说,这有点类似显微镜的升级,在更高级设备帮助下,科学家可通过深紫外光更进一步探索世界,“世界看得更清晰了。”

  许祖彦表示,此前科学家得到的深紫外光的空间分辨率最高的只有20纳米左右,但中国科学家研制的深紫外激光光源装置,提高到3.9纳米,“高了一个量级,好多过去看不到的东西,现在都能看到了。”

  科学家解释,自然界中,有一半以上的材料,至今人们判断不出其特征,因为这些材料只能在深紫外波段才能吸收光子,当对其打入深紫外光后,就可以知道这些材料的性能。此外,一些物质的化学性质会在吸收深紫外光后发生变化,可以被科学家加以利用。还有一些微观层面物质的运动规律,如电子的自旋态,也能通过深紫外光精确探测。

  2 中国如何取得突破?

  独创技术研制出关键晶体

  成绩的取得,和该项目的两位首席科学家,中科院院士、激光源专家陈创天及中国工程院院士、晶体专家许祖彦的努力分不开。

  项目工程总体部总经理詹文山说,国际上只能将晶体长到零点几毫米的厚度,唯独陈创天教授将之生长到适合的3毫米厚度。

  此外,晶体还需要特殊的角度发生折射,这就需要“粘”上一个棱镜。“很多办法都不行。”许祖彦说,“突然某一天想起来,可以不用任何胶,把晶体磨得特别平滑,直接让晶体之间原子接触,后来就成功了。”这项技术,获得了世界专利。

  下游也有不少故事,许祖彦说,他询问了许多科研单位是否需要深紫外光源,结果得到的很多答复竟然是根本不知道还有这样的设备。

  “有人说国际上没见过啊,还有这样的东西?”他笑道,“当然国际上没有了,因为这就是我们国家才有的。”

  3 项目本身能获诺奖?

  有科学家称助力科研突破后或能入围

  该项目技术与装备在物理、化学、材料、信息工程、生命科学、资源环境等学科领域均有重大应用价值。有科学家表示,这一设备应用后可能在上述领域产生重大成果冲击诺奖,但还取决于科研人员的努力以及机遇等因素。

  詹文山介绍,可以利用深紫外光源,向世界最准的离子钟冲击,把时间标准提高到世界最高水平。此外,有的设备用于研究高温超导,中国科学家所做的高温超导温度已经达到了世界最高。一旦有所突破,今后将在电力输送等领域起巨大作用。

  中科院方面表示,科学技术重大成就的获得和科学研究新领域的开辟,往往是以检测仪器和技术方法上的突破为导向的。至少三分之一的诺贝尔物理学奖和化学奖授予了在测试仪器和实验方法方面有重要创新者。

  有科学家表示,如果今后在应用上,取得了大量、重要的科研突破,也不排除深紫外光源的核心创新人进入诺奖评委视野。

  探访

  神秘紫光如何产生

  “晶体是核心基础”,深紫外固体激光源系列前沿装备的项目首席科学家,中科院院士陈创天在iPad上写下了这几个字,因为嗓子生病,他借助助手告诉记者,整个项目的核心就是他手上拿着的一个几厘米宽厚的晶体:大尺寸KBBF晶体。

  实验室内,在一张L形的桌子上,摆着一台深紫外固态激光源装备:黑色部分为基频光、二倍频和三倍频系统,真空金属罐为六倍频系统,这里便是激光源的核心:KBBF晶体。

  打出深紫外光的基本原理可以这么理解:基频光波长为1微米,是科研上通用的一种标准光源,打入晶体后,通过倍频,光波长减半,这种方式被称为“二倍频”,再减半为“三倍频”。

  前两次光波长减半,可以通过激光源设备里较为普通的晶体完成,最核心的是“六倍频”,其必须在真空中完成,并且只有通过特殊的KBBF晶体才能实现:355纳米的紫外光从空气中进入真空罐的通光口,经过KBBF晶体发生倍频,光路系统“过滤”出光段再次减半的光,令其从出光口打出,此时便已得到深紫外光。

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