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精尖科学仪器

精尖科学仪器是进行基础研究探索、科技创新的重要武器。不仅是重大原创性科研成果产生的关键,也影响着我国在重大仪器研制方面与发达国家的差距水平。



  近期,我国在科学事业探索领域,突破发展掣肘和瓶颈,创新研发出多款精尖仪器设备。新型低温光学SPM联合分子束外延(MBE)系统、多角度干涉显微镜(MAIM)制备、新型太赫兹探测器等成果竞相迸发,助力相关行业取得一定进步。
 
  作为研究低维材料和表面科学的重要工具,扫描隧道显微镜(STM)及其相关各类扫描探针显微技术(SPM)的发明极大推动了纳米科技的发展。但该类设备涉及超高真空、低温、极低振动、精密机械加工、精密电子学探测和控制等诸多技术领域,我国SPM设备长期以来主要依靠从发达国家进口。
 
  最近,在中科院物理研究所郇庆研究员的直接指导与带领下,N04组的博士研究生吴泽宾、高兆艳等成功研制并搭建了多台套新型低温光学SPM联合分子束外延(MBE)系统,具有性能稳定、可扩展性强、样品制备能力完善和光学兼容性好的特点,主要技术指标达到国际同类商业化系统的优良水平。
 
  超分辨荧光显微技术使科学家可通过光学显微镜实时追踪样本的生命周期,看到各种生物大分子的运动和变化。但这项获得诺贝尔奖的技术也有其不足,在大多数情况下成像需要很强的激发光,常常会将细胞杀死,且强光照射也会导致荧光分子被快速漂白,无法对活细胞进行长时程成像。
 
  近期,浙江大学光电科学与工程学院刘旭教授和匡翠方教授课题组提出一种新的光学成像技术。基于该技术的仪器——多角度干涉显微镜(MAIM)也已制备成功,正在产业化。该技术为微管、内质网、线粒体和细胞膜等亚细胞器的生物动力学分析提供了有力的研究工具,有助于揭示更多生命内在规律。未来或可通过MAIM显微镜了解这些动态过程,从而大大提高研究效率。
 
  太赫兹波是介于微波和红外线之间的电磁波,具有穿透性强、安全性高、定向性好等优势,有望用于医疗、宇宙探索等领域。但现有太赫兹波探测器存在效率低下的问题,主要是因为太赫兹波与检测元件(晶体管)之间尺寸不匹配。晶体管仅百万分之一米,而太赫兹辐射的波长是其100倍,导致太赫兹波从探测器身边溜走。
 
  据媒体报道,来自俄罗斯、英国、日本、意大利的科学家团队,开发出了一种基于石墨烯的太赫兹探测器。新设备既可充当灵敏的探测器,也可作为工作频率在太赫兹范围的光谱仪使用。新设备实际上也是尺寸仅为几微米的太赫兹光谱仪,可通过电压调谐控制谐振频率。此外,它还可用于基础研究,在不同频率与电子密度下测量探测器中的电流,展示出了等离激元的特性。
 
  不难发现,科学家对技术精进的追求是永无止境的。而相关技术的突破与进步,或将带来的是经济领域的巨变,哪怕是结构方面、工艺改进的细节创新。一旦前沿的科学技术投入生产,并进行产业化推进,其对行业的促进性都是不可估量的。尤其是颠覆性的技术创新与里程碑式的科技成果的诞生。

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