本文转自:上观新闻摘要:王美晓觉得|国内首台!上海工程师研制出纳米级装置,让中国科学家不必赴欧美做相关实验

本文转自:上观新闻摘要:王美晓觉得 , 在张江做一名研制大科学装置的工程师 , 是他的幸运 。
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首届“上海杰出工程师”选树活动近日揭晓 , 上海科技大学副研究员王美晓博士榜上有名 , 获得“上海杰出工程师(青年)”称号 。
他曾师从中国科学院院士、上海交通大学教授贾金锋研究凝聚态物理学 , 入职上海科技大学后却“转行”当起了工程师 , 带领团队建成国内首台纳米角分辨光电子能谱装置(NanoARPES) , 使我国成为继美国、英国、法国、意大利后第一个建成这种先进装置的发展中国家 。
如今 , 他正在参与我国迄今为止投资最大、建设周期最长的重大科技基础设施项目 , 为上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)设计物质电子结构(SES)实验站 。
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王美晓与纳米角分辨光电子能谱装置
接到重任 , 正合他的心愿
NanoARPES实验站位于张江科学城 , 是上海同步辐射光源二期工程的组成部分 , 其总体性能达到国际顶尖水平 。 利用这个实验站 , 科学家可以探测各种物质的电子结构 , 研究量子材料和量子器件 , 为新一代芯片材料、高性能量子计算机的开发奠定基础 。
中国科学院、复旦大学、上海交通大学、南京大学等多家科研机构和高校的科研团队已使用这个实验站 , 取得了重要科研进展 。 在开放运行不到一年时间里 , 实验站已经在国际知名科技期刊上发表多篇论文 。
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纳米角分辨光电子能谱装置
作为实验站工程项目负责人 , 王美晓堪称“幕后英雄” 。 在上海交大攻读博士期间 , 他在贾金锋教授指导下研究马约拉纳费米子 。 这种粒子是物理学家埃托雷·马约拉纳于1937年提出的预言 , 即存在正反粒子同体的特殊费米子 。 为捕获这种粒子 , 全球物理学家追踪了80多年 。 贾金锋团队利用巧妙的实验设计 , 率先观测到了在超导涡旋中的马约拉纳费米子踪迹 , 引起科学界轰动 。 相关论文2012年发表在国际顶级科技期刊《科学》上 , 王美晓是第一作者 。
在追踪马约拉纳费米子的过程中 , 王美晓前往美国伯克利 , 使用美国先进光源(ALS)的角分辨光电子能谱装置(ARPES)做实验 。 当时 , 我国没有如此先进的大科学装置 , 做这种实验要向欧美科研机构申请 。 获得ALS管理机构批准后 , 王美晓感到很幸运 , 但也心生感慨:如果我国也有先进的ARPES装置 , 中国科学家做电子结构实验就不会有障碍了 。
或许是命运的安排 , 这位青年科学家获得博士学位后 , 在应聘上海科技大学时接到了一项任务——研制国内首台纳米角分辨光电子能谱装置 。 与微米级ARPES相比 , 这种装置可以将光斑缩小到几百纳米的尺寸 , 探测到更微观的电子结构 。 任务虽然艰巨 , 但正契合了王美晓读博期间萌生的心愿 , 所以他欣然应允 。
角色转换 , 也能评高级职称
2015年—2018年初 , 他带领团队研制出NanoARPES测试实验站 。 在此基础上 , 他们在上海同步辐射光源建造了NanoARPES实验站 。 2021年9月 , 实验站通过了中国科学院组织的工艺测试验收 , 其总体参数性能达到国际顶尖水平 。
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上海同步辐射光源
研制这种大科学装置的难度有多大?王美晓举了一个例子:装置的一个光学元件——聚焦波带片“吹弹即破” , 厚度不足200纳米 , 要将它安全地固定在光路上难度非常大 。 为此 , 他与机械专家等工程师多次讨论 , 最终确定了一个方案 , 把聚焦波带片稳稳地装在了NanoARPES上 。