突破發展掣肘和瓶頸多款高精尖科學儀器問世

商業專用設備2019年12月02日

  高精尖科學儀器是進行基礎研究探索、科技創新的重要武器。不僅是重大原創性科研成果產生的關鍵,也影響著我國在重大儀器研制方面與發達國家的差距水平。

  近期,我國在科學事業探索領域,突破發展掣肘和瓶頸,創新研發出多款精尖儀器設備。新型低溫光學SPM聯合分子束外延(MBE)系統、多角度干涉顯微鏡(MAIM)制備、新型太赫茲探測器等成果競相迸發,助力相干行業獲得一定進步。

  作為研究低維材料和表面科學的重要工具,掃描隧道顯微鏡(STM)及其相干各類掃描探針顯微技術(SPM)的發明極大推動了納米科技的發展。但該類裝備涉及超高真空、低溫、極低振動、精密機械加工、精密電子學探測和控制等諸多技術領域,我國SPM裝備長期以來主要依靠從發達國家進口。

  最近,在中科院物理研究所郇慶研究員的直接指點與帶領下,N04組的博士研究生吳澤賓、高兆艷等成功研制并搭建了多臺套新型低溫光學SPM聯合分子束外延(MBE)系統,具有性能穩定、可擴展性強、樣品制備能力完善和光學兼容性好的特點,主要技術指標達到國際同類商業化系統的優秀水平。

  超分辨熒光顯微技術使科學家可通過光學顯微鏡實時追蹤樣本的生命周期,看到各種生物大分子的運動和變化。但這項獲得諾貝爾獎的技術也有其不足,在大多數情況下成像需要很強的激起光,常常會將細胞殺死,且強光照射也會導致熒光分子被快速漂白,沒法對活細胞進行長時程成像。

  近期,浙江大學光電科學與工程學院劉旭教授和匡翠方教授課題組提出一種新的光學成像技術。基于該技術的儀器——多角度干涉顯微鏡(MAIM)也已制備成功,正在產業化。該技術為微管、內質、線粒體和細胞膜等亞細胞器的生物動力學分析提供了有力的研究工具,有助于揭露更多生命內在規律。未來或可通過MAIM顯微鏡了解這些動態過程,從而大大提高研究效率。

  太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波,具有穿透性強、安全性高、定向性好等優勢,有望用于醫療、宇宙探索等領域。但現有太赫茲波探測器存在效率低下的問題,主要是由于太赫茲波與檢測元件(晶體管)之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬分之一米,而太赫茲輻射的波長是其100倍,導致太赫茲波從探測器身旁溜走。

  據媒體報道,來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學家團隊,開發出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設備既可充當靈敏的探測器,也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。新設備實際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀,可通過電壓調諧控制諧振頻率。此外,它還可用于基礎研究,在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流,展現出了等離激元的特性。

  不難發現,科學家對技術精進的追求是永無止境的。而相干技術的突破與進步,或將帶來的是經濟領域的巨變,哪怕是結構方面、工藝改進的細節創新。一旦前沿的科學技術投入生產,并進行產業化推動,其對行業的促進性都是不可估量的。尤其是顛覆性的技術創新與里程碑式的科技成果的誕生。

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