打造探索未知世界的科研“利器”

魏志义（左）和团队成员在做高次谐波实验。资料图片

王瀑在进行高温超导磁体检测系统安装检查。

本报记者 杨桐彤摄/光明图片

(资料图)

周睿（右）在为用户准备做实验的高压样品。

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综合极端条件实验装置全景。 资料图片

【人才强国新征程】

适宜的温度、充足的大气、充沛的液态水……处在浩瀚宇宙中的地球，为我们创造了比较温和的环境，它既不极低温又不超高压，也没有极强的磁场，是适宜动植物繁衍生息的家园。

那如果我们想去探索宇宙，感受其他星球的极端环境，进而发现在地球常规条件下不能得到的新材料、新物质、新物态，该如何实现呢？重大科技基础设施——综合极端条件实验装置，给了我们答案。这是一个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的国际先进科研平台。

综合极端条件实验装置的运行，离不开一群“追求极端”的科研人员。他们把温度降到接近绝对零度（零下273.15摄氏度），把压力推到接近地心压力，把磁场强化到地球磁场的60万倍，把时间“切割”到只有1秒的一亿亿分之一……利用这些极端条件，他们开展着材料合成、物性表征、量子调控、超快过程等物质科学的前沿研究。

1 20年，为一个目标矢志不移

早晨8点多钟，综合极端条件实验装置首席科学家、中国科学院物理研究所（以下简称“中科院物理所”）怀柔研究部主任吕力，来到位于北京市怀柔科学城的综合极端条件实验装置项目园区，开始他一天的科学研究。这是6年来，吕力一直工作的地方。

2017年9月28日，综合极端条件实验装置正式启动建设；2020年10月30日，实验装置启动试运行，开始进入科研状态。截至目前，实验装置已收到来自高校、科研院所等90多家单位的近500个课题申请，有部分课题组已经在其中开展实验研究。

人类文明的发展史，可以说是生产力工具的进化史。就像望远镜对于天文学和物理学、显微镜对于医学和生物学的重要影响，综合极端条件实验装置也是不可或缺的科研“利器”。吕力介绍：“有了综合极端条件实验装置，我们可以在更广阔的范围内，发现新物态，探索新科学现象，开辟新领域，大大拓展人类认识自然、改造自然的能力。”

“虽然建设过程仅有短短几年的时间，但我们从2003年左右就成立了筹备小组，初心是用更好的科研资源，为大家研究提供服务，共同推动物理学发展。”看着眼前这片土地，从农田阡陌到楼宇林立，吕力内心抑制不住激动，“一眨眼20年过去，几代科学家的心愿终于实现了！”

综合极端条件实验装置超快光场物性研究系统负责人、中科院物理所研究员魏志义也是最早参与筹备的团队成员之一。“这过程中，有很多同行院士、专家在鼓励并支持着我们一步步前行。国家将建设实验装置的任务交到我们手中，我们要坚定不移地完成，更要走在世界前沿。”魏志义说。

1毫开尔文的极低温、300千兆帕的超高压、26特斯拉的强磁场和100阿秒的超快光场……实验装置不仅达到了单项的极端条件，还能将不同的极端条件综合起来。

“还可以再极端一点。”魏志义说，实验装置从图纸变成现实，离不开项目团队追求极致做科研的那股劲儿。

2 迎难而上，做到最好

站在楼顶天台，俯瞰整个实验装置，中科院物理所特聘研究员周睿不禁回忆起5年前的场景：“那时综合极端条件实验装置刚刚启动建设不久，我受邀回国参与建设。”

“装置搭建就像创业，开始比较难，一些关键核心技术面临‘卡脖子’难题，国内部分零器件生产厂商技术水平还待提高，于是我们就自己动手，联合厂商一点点调整改进，直到完全达到装置建设需要的标准。”周睿说。

2021年12月，周睿负责的综合极端条件实验装置极端条件物性表征系统下的强磁场核磁共振实验站迎来第一次系统整体测试。他说：“当时设备磁场可以加到25.2特斯拉，实现了重大突破，但是液氦消耗太快了，整个系统很不稳定。我们只能连续观察系统状态、及时补充液氦，连续熬了36个小时，等设备磁场降为零之后才回家休息。”紧接着，他们迎来了第二个挑战——设备全天时运行，也就意味着需要24小时都有人监测。“大家当时晚上每睡一两个小时都会‘自觉’醒一下看监控屏幕。后来在2023年年初，我们终于克服了液氦消耗过快的难题，不用24小时监测了。”周睿说。

见到中科院物理所副主任工程师王瀑时，他正在专注地做实验。2012年，王瀑了解到中科院物理所正在筹建综合极端条件实验装置，受父母一辈对物理学执着追求和为国家奉献终身的精神影响，他在海外做完博士后之后，立即选择回国做研究。现在的他主要负责极端条件物性表征系统的极低温强磁场量子振荡测量实验站。

“仪器运行对周围结构有着严格的无磁要求，完全不能有杂质，但是在建设过程中我们发现选址下面有很多带磁性的建筑废料、鹅卵石等。于是我们挖深坑检测每一抔土，一点一点去磁、一层一层回填，没日没夜地干了3个月才符合建设要求。”王瀑介绍，现在实验站已经正常运行起来，达到国家验收标准后，他们进一步调试实验设备，争取达到更高的磁场强度。

在综合极端条件实验装置团队中，有很多像周睿、王瀑这样优秀的青年科研人员，他们不惧困难，勇于挑战，逐渐成长为科研创新的骨干力量。

3 宽松包容的科研环境

从做研究到有发现再到能应用，这是一个漫长的过程，科研人员要坐多年的“冷板凳”。“基础研究短期内很难出成果。”周睿说，“中科院物理所对我们青年科研人员非常有耐心，像我连续5年投入装置搭建中，其实是很难有时间集中精力发表文章的。但物理所不会强制要求我们，而是建立了科学的考核机制。”

有时基础研究的推进，就是在灵感碰撞的一瞬间。为让团队青年有更好的科研状态，魏志义经常会组织户外运动。“项目园区周围有很多座山，我们在爬山过程中体会大自然的美好，在放松的状态下思路更开阔，也就容易冒出更新奇的想法。”魏志义说。

谈到对人才的培养，吕力明显话多了起来。“综合极端条件实验装置把人才培养作为重要使命之一。实验装置建立‘开放、共享、流动、合作’的运行管理机制，通过设立流动岗位、聘任兼职人员等开放管理模式，广泛吸引国内外顶尖人才和杰出团队开展研究。我们为年轻人提供不同的上升渠道和配套的科研环境，同时引进国际人才，如今就有一位日籍科学家全职加入我们。”吕力说。

在项目园区里，有一个简洁温馨的栖湖咖啡馆。工作人员说，因为这里邻近雁栖湖，所以取名为“栖湖”。每周五中午这里都非常热闹，科研人员聚在一起举行学术沙龙活动。

吕力介绍，2021年5月，中科院物理所怀柔研究部设立了“栖湖物质科学论坛”“栖湖讲座”“栖湖咖啡馆”等“栖湖”系列学术交流活动，邀请国内外的专家学者介绍凝聚态物理、材料、能源、尖端科学仪器研发等物质科学领域的最新研究进展，为科研人员提供交流学习的平台。

科研无捷径，探索无止境。综合极端条件实验装置团队正不断挑战物理“极端”，在追求极致的科研道路上，勇攀一座座科研高峰。

（本报记者 杨桐彤）

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