中新網北京2月26日電 (記者 孫自法)中國國家重大科技基礎設施——綜合極端條件實驗裝置2月26日在北京通過國家驗收，這一國際先進的同時具備極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件綜合實驗能力的大科學裝置，其主要建設內容、科研目標等備受關注。
作為項目主要建設單位，中國科學院物理研究所向媒體提供的信息顯示，綜合極端條件實驗裝置主要建設內容包括建設極端條件物性表征系統、高溫高壓大體積材料研究系統、極端條件量子態調控系統、超快條件物質研究系統等四大實驗系統。此外，還建設了相關的實驗輔助設施和必要的土建工程。
極端條件物性表征系統包括超高壓極低溫物性測量子系統、極低溫強磁場量子振蕩測量、綜合極端條件光譜測量、強磁場核磁共振測量、極低溫強磁場掃描隧道測量、極低溫原位掃描隧道角分辨光電子譜測量、高壓原位多物理量系統測量等諸多子系統。
同時，建成低溫、高壓、強磁場、超快光場等多種綜合極端條件，形成電輸運性質、磁性、核磁共振譜、拉曼光譜、掃描隧道譜、太赫茲和紅外光譜、角分辨光電子譜等多種物性表征和譜學測量平臺。
綜合極端條件實驗裝置通過國家驗收，圖為其極端條件物性表征系統-強磁場核磁共振實驗站相關設備。中新網記者 孫自法 攝中國科學院物理所周睿研究員科普介紹極端條件物性表征系統—強磁場核磁共振實驗站說，在強磁場下，不僅可以改變物質的電子結構，顯示出新的量子效應，還能根據電子在強磁場的響應下，探究物質的電子結構信息；在超高壓下，可以縮短物質本身的原子間距，形成全新的物質狀態，比如石墨加壓后，可以華麗蛻變成鉆石。
磁場雖然看不見，卻真實存在于人們周圍。通過改變磁場的強度，存在于磁場內部的物質會改變狀態，反映出物質的微觀結構。強度越高，變化越明顯，而結構分析越準確。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的結構和形態。
周睿指出，為更全面了解物質特性，研究人員會在對物質施加磁場和壓強等外部刺激的同時，從聲、光、電、熱、磁等方面觀察物質給出的反應，進而對其有全面的認識和理解，以準確把握這些物質可以發揮的潛力。
高溫高壓大體積材料研究系統包括固體環境高溫高壓極端條件實驗、液體環境高溫高壓極端條件實驗等子系統，主要通過建設固體環境高溫高壓極端條件、液體環境高溫高壓極端條件、非平衡高壓極端條件實驗平臺，形成一個完整的高溫高壓大體積材料研究體系。
極端條件量子態調控系統包括亞毫開極低溫實驗、極低溫固態量子計算研究、低溫強磁場低維電子波譜學實驗等子系統，通過建成亞毫開極低溫實驗條件、極低溫極弱場超導量子計算條件、極低溫強磁場自旋量子計算條件以及低溫強磁場低維電子波譜學實驗手段，形成超導拓撲等量子態專用調控平臺。
綜合極端條件實驗裝置通過國家驗收，圖為該大科學裝置的亞毫開實驗站。中新網記者 孫自法 攝中國科學院物理所李沛嶺副研究員科普講解說，在極端條件量子態調控系統實驗站中，科研人員借助儀器把溫度不斷降低，最低可以接近絕對零度(零下273.15℃)，當溫度接近絕對零度時，物質的熵趨近于零，此刻熱運動停止，物質的原子分子排列會非常有序，原本微弱的量子效應就會顯現出來，甚至一些材料會顯示出超導現象。
超導指某些材料在低溫環境下，電流通過時電阻為零的現象，如果把超導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的路上行駛，就完全不會產生任何油耗。目前超導現象還依賴于低溫環境，如果研究出室溫超導體，那電力能源傳輸、網絡和數據傳輸、醫學診療都將有極大變化。
當溫度接近絕對零度時，物質的基本構成粒子像分子、原子甚至是電子就不像高溫時那么活躍，它們會以某種秩序排列起來，此時量子相關的一些特征效應會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，但當我們將水都變成冰，魚被凍在冰內的時候，魚的各種特征就能通過準確且全面的觀察確定下來”。
超快條件物質研究系統主要建設飛秒激光、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間分辨譜學測量平臺和時間分辨結構成像平臺，包括飛秒激光超快實驗、阿秒激光超快實驗、超快X射線動力學實驗、超快電鏡與電子衍射實驗等子系統。
綜合極端條件實驗裝置通過國家驗收，圖為該大科學裝置的阿秒超快實驗站相關設備。中新網記者 孫自法 攝中國科學院物理所董朔副研究員介紹阿秒超快實驗站說，在超快光場下，阿秒是目前最小時間單位，1阿秒是秒的一億億分之一。日常拍照時，人們不斷按相機快門可以記錄下物質的運動，在超快光場實驗室里，就相當于擁有一個超級快速的相機快門，“拍攝”記錄下原子、分子、電子的運動，了解物質內部發生的全部變化。
她透露，比阿秒更快的時間單位是仄秒，但目前還處于理論探索階段。
中國科學院物理所表示，綜合極端條件實驗裝置建成后，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，最高超導磁體磁場強度不低于26特斯拉，超快光場脈寬不高于100阿秒的極端條件實驗環境。通過系統間實驗條件的協同，還可以為用戶提供綜合極端條件指標。
在建設過程中，綜合極端條件實驗裝置不斷改進方法體系，提高實驗能力，建成從元器件加工到適應不同測試需求的大型極端條件設備的測量體系、從設備研制到多極端條件集成的一體化工程技術體系，從而為該裝置極端條件指標的突破、關鍵設備的自主研制等提供有力技術支撐，并通過自主研制掌握一大批具有國際一流水平的關鍵技術和關鍵設備。
目前，綜合極端條件實驗裝置已上線“夸父”量子計算云平臺，成功研制基于極高場全超導磁體的極端條件物性測量系統，實現一系列技術突破。
業內專家認為，綜合極端條件用戶實驗裝置的建成運行，將極大提升中國在物質科學及相關領域的基礎研究與應用基礎研究綜合實力，未來在諸如新型高溫超導體發現、非常規超導機理突破、量子計算核心技術突破、物性的超快調控和晶格振動實時成像的實現等研究方向上，將助力中國取得國際一流的研究成果。(完)