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我国交付首台能拍摄“原子呼吸”的超级相机,可捕捉万亿分之一秒的颤动

我国交付首台能拍摄“原子呼吸”的超级相机,可捕捉万亿分之一秒的颤动 Surpath 驿玛科技
2025-12-06
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#科技 #仪器 #物理 #材料科学

今天,中国科研的“工具箱”里,添置了一件足以撬动基础科学未来的利器——我国首台高能非弹性中子散射谱仪正式交付使用。它的到来,其意义不亚于为微观世界的研究者配备了一台能捕捉“原子呼吸”“磁矩心跳”超级高速摄影机

这台谱仪最核心的突破,在于它对时间的解析能力,达到了皮秒(万亿分之一秒)量级。这是一个什么概念?如果我们将一秒浓缩成整个宇宙的年龄,那么一皮秒还不到其中真实的一秒。

正是在这般转瞬即逝的尺度上,材料内部最核心的动力学过程——晶格的集体振动(声子)、电子自旋的集体激发(磁振子)——正在上演,并从根本上决定着物质的导电、导热、磁性等所有宏观特性。

过去,我们只能通过理论推测这些过程的“快照”,而今天,我们终于拥有了能为其拍摄“连续电影”的导演椅。

这一切得以实现,全赖于一种神奇的粒子:中子。中子不带电荷,质量微小,这赋予了它两大“侦探”天赋。

首先,它能像幽灵般穿透厚厚的物质屏障,直接探测材料体内的本征性质,而非表面效应。

其次,由于它不与电子云发生强烈的电磁相互作用,它的“探针”极为温和,主要与原子核发生碰撞,这使得它能清晰分辨出轻元素(如氢、锂、氧)的动态,这一点是X射线等传统手段难以企及的。

所谓 “非弹性” ,正是这台仪器灵魂所在。当中子与样品碰撞时,它并非简单的弹性反弹,而是会与材料内部的微观激发发生能量交换。

就像用一个已知速度的乒乓球去撞击一个复杂的、运动中的机械装置,通过测量乒乓球反弹后的速度与角度变化,就能反推出那个装置内部所有运动部件的精确状态与能量。

科学家们通过分析中子能量与动量的变化“图谱”,便能直接“读取”出声子、磁振子等的色散关系,这些关系正是理解材料性能的“基因密码”。

它的用武之地,直指当今凝聚态物理与材料科学最富挑战性的前沿

例如,在高温超导机制 这一困扰学界近四十年的谜题中,电子是如何通过某种“胶水”(可能是声子或磁涨落)形成库珀对并实现无损导电的?这台谱仪能直接测量出这种“胶水”的形态与强度,为最终的理论模型提供最关键的实验判决。

在新能源材料领域,无论是锂离子在电池电极中的扩散路径,还是氢在储氢材料中的捕获与释放过程,这台仪器都能对关键轻元素进行动态示踪,为设计更高性能的材料指明方向。

这台国之重器的交付,标志着一个根本性的转变:我们从重要科学仪器的“使用者”,升级为自主“建造者”与“定义者”。

过去,进行此类顶尖实验,中国科学家常常需要远渡重洋,在国外的大科学装置上排队申请宝贵的机时,研究节奏与原创性难免受制于人。

如今,我们拥有了自主的、世界一流的研究平台。这不仅意味着实验的自由与主导权,更意味着我们可以在自己定义的科学问题上,按照自己的节奏,发起最前沿的冲锋。

这台静静伫立的谱仪,就像一双望向物质世界最深处的、全新的眼睛。它即将捕捉到的,将是自然界最微妙也最壮丽的动态图景。

而从这里出发,从每一个被精确测量的皮秒动态出发,通向下一代颠覆性材料与技术的道路,正在被一寸一寸地照亮。

【声明】内容源于网络
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