第1539章 原子阵列

几小时后,当天深夜。

常浩南俯身在一台精密的原位光学测量设备前,透过观察窗,紧盯着内部激光干涉仪投射出的光斑变化。

栗亚波则在一旁操作着电脑,屏幕上实时绘制着材料折射率随激光波长变化的曲线。

“老师您看,12A-03号样品现在表现出的负折射率窗口非常清晰,就在这个近红外波段。”栗亚波指着屏幕上陡然下探到负值区域的曲线。

常浩南微微点头,但表情中的喜悦却转瞬即逝:“其他几个呢?”

“12A-01和12A-04都失败了,没有出现负区。12A-02刚开始有微弱负值,但很快就消失了……”栗亚波快速切换着数据流,“12A-05和12A-03出现的时间差不多,但波动情况很不乐观……”

如同栗亚波报告的那样,六份刚完成强磁场极化处理的金属基薄膜样品,只有四份暂时显现了负折射现象。

而其中三份,如同被戳破的气泡,在几分钟内,屏幕上的负折射信号便剧烈波动,最终彻底消失,曲线回归到平庸的正值区域。

只有一份样品,编号A3,其负折射特性顽强地维持着,虽然强度也在缓慢衰减。

“三十分钟了,A-3还在坚持,这已经是我们近期最好的结果之一。”栗亚波摘掉眼镜,揉了揉鼻梁两侧。

他的声音带着些许疲惫,但更多还是无奈。“我们试过重复磁化失效的样品,每次结果……就像是在抽签。”

“结果没有可重复性,是吧?”

常浩南知道负折射率材料的研制绝非一日之功,也不是自己前一阶段的工作重点,但每个月的例行报告他还是全都认真看过的。

“是啊……”栗亚波在电脑上打开了一个文件夹,里面是以样品编号命名的、密密麻麻的一大片数据文件。

鼠标滚轮滚动好几次都翻不到底。

“从接手这个项目以来,我总共做过九百多次有效测试,其中只有两次维持到了七天,当然最终还是失效了。”他叹了口气,“更麻烦的问题是,每次结束后的具体结果都不相同,上一次成功表现出负折射特性的样品,很可能到了下一次试验就转化失败,有时候想分析都无从下手。”

“把那些失败和相对稳定的样品,所有的透射电镜(TEM)表征结果调出来。”常浩南站起身,简单活动了一下身体,“对比一下这两类样品的区别。”

栗亚波迅速操作电脑,打开了几个成像文件。

常浩南凑上前来,想要看看微观结构的差异。

但其中大约一半图像都并不清晰,很难看出什么有价值的东西。

“成像效果确实不太理想。”栗亚波主动解释道,“其实那些最不稳定的样品,在做完原位折射率测量后,特性就基本已经没了,根本没机会做TEM……我们能做的,都是相对坚持久一点的。”

屏幕上快速闪过一张张高分辨TEM图像,显示着材料内部人工诱导出的、具有特定周期性的晶格结构。

常浩南飞速浏览,眉头紧锁。

图像分辨率虽高,但那些真正游离、未定域的原子或电子,在静态的TEM图像中如同隐形,无法捕捉到它们动态的缺陷或排列的瑕疵。

他想要观察的“缺陷”对比,在现有的表征结果里则几乎不存在。

“老师,您是不是有了新的思路?”

栗亚波敏锐地察觉到了常浩南那正在涌动的思绪。

“嗯……”常浩南点点头,“刚才在办公室的时候我说过,人工诱导周期性晶格的思路类似在沙滩上搭积木,一阵风就倒。”

栗亚波一脸认同:“确实如此,包括最开始从那台发动机上取下来的样本,也在大约二十天后彻底失去了特性。”

“那么。”常浩南的语气兴奋起来,“为什么我们不换一种思路?为什么不让材料自己组织起来?”

“自己组织?”

栗亚波疑惑地重复。

“对!”常浩南从旁边扯过一张纸,“利用光场本身!用特定波长、特定模式、足够强的相干光去‘驱动’材料中的原子或电子!不是我们人为地给它们设定晶格位置,而是让它们在光场的作用下,通过相互作用,自发地、集体地调整自己的状态,形成一个动态的、稳定的、与光场共振的超晶格!”

一边说着,一边还在纸上画出了几个光子激发的示意图:

“想想玻色-爱因斯坦凝聚!想想超流态!那都是粒子在低温下‘集体行动’的宏观量子现象!”

他的思路越来越清晰,语速也越来越快:

“能不能在特定的材料体系里,在光场的指挥下,诱导出某种类似的……光学超流态?让原子不再各自为战,而是作为一个整体,对光做出响应?这样形成的介质,理论上可以完全没有制造缺陷,是原始而纯净的!它的光学特性,可能远超我们现在的想象!”

这个想法大胆而充满颠覆性,让栗亚波一时间听得目瞪口呆。

好在他很快就回过神来,并意识到这个思路确实跳出了材料设计的传统框架,直指原子操控的核心!

但构建原子阵列的难度极大,至少目前还没有一种成功率很高的操作方式。

因此,不太可能直接验证常浩南猜想的可行性。

只有反过来。

“也就是说,我们现在要证明,样品的不稳定是源于原子层面的缺陷?”

“没错,正是关键!”常浩南对着屏幕上的模糊电镜图点了两下,“最好能直接看见那些更不稳定的样品里,原子排布更乱,缺陷更多,而相对稳定的则缺陷更少。只是现在的透射电镜结果,还无法满足这一点。”

TEM本来就无法表征游离态原子,并且成像结果也是投射在二维平面上的,很难满足如此苛刻且奇特的要求。

两人陷入了短暂的沉默。实验室里只有仪器低沉的嗡鸣。

“或许……原子探针层析技术(APT)?”常浩南突然开口,打破了寂静,“它能保留单个原子的成分和位置信息!亚波,你之前做过APT表征吗?”

至少最近几期报告里,他不记得有APT相关结果。

“只对早期的几批样品做过……APT成本太高,耗时长,而且它只给原子的三维位置和成分,没有晶格结构信息,对我们之前的研究帮助不大。”栗亚波挠了挠头,“好在数据还都存着。”

“快,调出来!”常浩南立刻下令,“和同一样品的透射电镜结果对比着看!”

数据被迅速调出,两个窗口并排显示:左边是APT输出的原子位置三维点云图,色彩斑斓代表不同元素;右边是同一样品区域的透射电镜图像。

两人屏息凝视,试图将两幅图景进行叠加。

然而,失望很快袭来。

APT的点云图在三维空间上存在明显的局部扭曲和拉伸,与透射电镜图像中显示的晶格结构无法严丝合缝地互洽。

“畸变太严重了,”栗亚波皱眉,“完全对不上……就算选择几个归零点勉强做一下拉伸,结果也会完全失去可靠性。”

房间里再次安静下来。

“要不……试试用算法校正APT数据……试着拟合一下?”

栗亚波满怀希冀地看向旁边的常浩南。

在他眼中,自家老板在算法领域的能力堪称一绝,曾经无数次化腐朽为神奇。

然而这一次,常浩南却摇了摇头:

“难……两种设备不同,样品制备工艺不同,测量顺序也不同……四维坐标系都不一样,事后校正就像隔山打牛,误差只会越纠越大……”

说到这里,他突然顿住。

很快,一个新的念头破茧而出!

“除非……”常浩南深吸一口气,“除非能把透射电镜和原子探针,集成到一台设备里……”

“啊?”

栗亚波也不是显微结构表征领域的专家,听见这个提议直接就是一个发懵。

“在透射电镜下完成高分辨结构成像后,原位,就在同一个样品、同一个位置、同一个坐标系下,直接进行原子探针层析。”常浩南在屏幕上比划着,“这样就能用TEM清晰的晶格图像作为地图,去校正APT三维重构的局部畸变,输出一个空间完美匹配的叠加结果!”

栗亚波已经习惯了这种知识流过大脑皮层的感觉,他很快忽略了自己不懂的细节部分,快速思考着技术路径的可行性:

“但工程上……”他面露难色,“咱们实验室现有的TEM和APT都是进口的……国产TEM刚起步,就那么几个型号,分辨率也不够顶尖,至于三维原子探针……国内根本还没有商品化型号,上哪去定制这样一台超级设备?”

显微结构表征领域的四大巨头有三个来自北美,一个来自日本。

因此,尽管瓦森纳协议早在十几年前就名存实亡,但华夏方面一直以来也只能拿到产品,却很难触及到核心技术,研究起步也相对较晚。

“设备不是问题!”常浩南斩钉截铁,“虽然负折射材料的研究本身是绝密,但这台设备其实没那么敏感……”

(本章完)

第1540章 领先一个身位的可能

有了这句话,栗亚波的思路也开阔起来:“那就可以先论证方案,抢占专利高地,只要有了专利做筹码,找FEI、JEOL这些巨头合作开发应该都没问题……”

常浩南点头:

“不过,你我对精密仪器设计是门外汉,这事要想在短时间内解决,恐怕还得找人合作才行……”

他瞄了眼屏幕右下角的时间,这会儿已经是午夜时分,再给谁打电话都不太合适。

思索片刻之后,他还是选择给华夏科学院生物物理所的饶志和院士发了个邮件。

本来,今天的工作应该就到此为止了。

但就在常浩南上楼到办公室换衣服的时候,桌上的红色电话却突然响了起来。

会在这个时间打来的,几乎只有可能是饶志和。

电话接通之后,那边果然传来了一个苍老,但沉着的声音:

“常院士,我刚刚准备休息,刚好看见你的邮件。”

常浩南见状也不卖关子,直接开门见山,“饶院士,我这有一个保底一个亿级别的项目,需要您推荐一位电子成像领域的学者合作。”

电话那头的饶志和差点一口唾沫把自己呛到,过了好一会儿才缓过来,语气中透着十足的茫然:“一个亿?什么项目?所里最近没听说有这么大的新批项目啊?”

“项目申请还没递呢。”常浩南语气轻松,却透着强大的自信,“但过审方面您不用担心,况且最次也有我们火炬实验室兜底……一个亿的经费,就算自筹也没什么问题。”

随后,为了提高说服力,他又继续加码:“过程中产生的论文一作可以由合作方主导,报项目完成人的时候共同署名,条件是我们联合成立一个公司,专门用来持有专利所有权,火炬实验室要在这个公司里面直接和间接占据至少三分之二的股份。”

要是换个人这么说话,饶志和就算不骂人也会直接挂断电话。

就算是院士,申请九位数经费的项目也不敢说十拿九稳。

但话又说回来,电话线对面毕竟不是一般院士。

饶志和沉默了。

他此前和常浩南的接触仅限于院士大会和部分共同参与的项目,但任何一个活跃在21世纪的院士,都非常清楚对方那恐怖的项目通过率——

实际上,如果排除那些只是加个名字的联合申请,那么结果基本就是100%。

“好。”饶志和下了决心,“让我想想谁最合适……”

其实在刚才纠结的时候,他就已经找好了人选。

只是为了表现出自己对待此事的郑重,才又特地等了大约半分钟。

“我们所生物成像中心的孙飞研究员。”饶志和开口道,“小孙这两年一直在羊城科学岛攻关国产透射电镜,慧炬科技的第一代商用型号就是他们搞出来的,能力绝对顶尖!”

孙飞这个名字实在普通,但听到慧炬科技之后,常浩南还是有了点印象。

精工计划里面,每年都能看见这家企业的申请。

而孙飞应该也多次出现在申请人列表当中。

只不过常浩南本人不负责显微结构表征领域的申请答辩,所以没直接打过交道。

“好,这正是我们需要的。”常浩南回答道。

“那我明天一早就把情况通知给小孙。”人在家中坐,饼从天上来,饶志和显然非常高兴,“不过他现在在羊城主持透射电镜高端研讨会,三天后才回京……”

“不用他回京!”常浩南打断道,“我飞到羊城去找他!”

……

两天后。

羊城,生物岛。

绿树掩映下的现代化科研楼内。

“常院士!久仰大名!”孙飞研究员热情地迎上前来,“之前我只在往上交本子的时候才看过您的签名,没想到今天见着本人了……”

他年龄跟常浩南相仿,大概三十多岁,眼神锐利,举手投足间带着实干家特有的干练。

“孙主任客气了。”常浩南也不客套,“饶老应该跟您提过我的想法?”

“没错。”孙飞见状,同样直入正题,“接到饶老电话后,我连夜梳理了思路,初步形成了一个报告,只是可能会有点长……”

对方表现出的效率让常浩南喜出望外。

小伙子路走正了。

“没关系。”他摆摆手,“我今天有的是时间!”

几分钟后,孙飞引着常浩南走进一间安静的会议室,打开投影,

“结合您的构想,我认为要实现TEM-APT原位联用,至少要解决四个核心难题……”

“……”

投影上清晰地列出要点:

“第一,样品制备冲突。TEM要求超薄(纳米级)薄膜或薄片,APT要求尖锐的针尖状样品……”

“第二,视场与信息源差异。TEM观测的是整根针尖(或薄膜特定区域)的二维投影结构,而APT收集的是针尖顶端的原子逐层蒸发数据。二者观测的‘位置’和‘尺度’存在根本性错位……”

“第三,APT数据畸变。原子飞行时间受电场、邻居原子影响,位置重建算法对针尖形状的理想圆锥假设与实际形状偏差很大,导致重构的三维点云图必定存在显著局部畸变……”

“第四,精度维度矛盾。APT在深度方向,也就是沿针尖轴向的精度可达原子级,但横向分辨率,即垂直于针尖轴向较差,而TEM提供高分辨二维图像,但缺乏深度信息……”

“……”

常浩南专注地听完,脸上赞赏的表情更盛。

能在一晚上总结出如此详实的四项内容,这位孙研究员要么是能力超常,要么就是早考虑过类似的问题。

稍作思考之后,他直接开口道:“后面两个问题——APT数据的三维畸变校正,以及TEM二维高分辨信息与APT三维点云数据的融合校准,这正是我们火炬实验室最擅长的领域。”

尽管已经从饶志和那里听到过这位常院士的风格,但如此明确和坚决的表态,是孙飞过去很少见到的。

震惊之下,一时间竟然没顾得上回应。

常浩南也不等他开口,而是继续道:“至于前两个难题,样品制备和视场匹配,则需要贵方团队来攻克,我相信,在显微结构表征的工程实现方面,国内应该没人比你们更专业。”

孙飞沉吟片刻,眼中闪过几分锐气:

“样品制备方面,可以尝试聚焦离子束(FIB)和微纳操纵探针协同加工,在薄膜特定区域‘雕刻’出符合APT要求的纳米针尖。”

显然,常浩南刚才的猜测没错。

对方确实有一部分腹稿。

“至于视场匹配……目前还没有非常确定的方案”孙飞坦率地承认道,“可能要设计特殊的高精度、多自由度原位样品杆,配合激光定位和图像识别算法,确保TEM观察后,能精确将同一微区针尖送入APT分析位置……有挑战,但并非不可能!”

常浩南脸上欣慰的表情更浓。

难题当然不可能马上被解决,否则也就不会被称之为难题。

但这正是他想要的专业回应。

然而,还没等他给出肯定的评价,孙飞话锋一转,又抛出了最后的顾虑:

“常院士,即使上述难题都解决,恐怕还有另一个问题。”

“你说。”

“设备集成后,TEM的高压电子束和APT的高强度场蒸发脉冲电场,在物理上必然存在耦合和串扰。这会导致两边仪器的本征性能都会下降,分辨率、探测效率、稳定性……都达不到单独使用的顶尖水平。”

他顿了顿,语气沉重:

“而为了达到这种折中的性能,研发和制造成本将高到难以想象,这样一台超级仪器,应用场景恐怕并不会太多……”

会议室里安静下来。

孙飞的问题直指核心——价值与可持续性。

就算常浩南能靠刷脸拿到足够的经费,但孙飞这边毕竟是需要探索商业化路线的。

“孙研究员,你恐怕低估了材料科学对表征手段的追求……”常浩南摆出一副踌躇满志的样子,“相信我,只要这台仪器证明了自己的能力,全球顶尖的材料实验室、半导体巨头,都会排着队来求购……因为它代表着未来,代表着在材料研发竞赛中,领先一个身位的可能!”

实际上,先进的表征手段和先进的材料之间并没有必然联系。

多数情况下,先进设备的主要优势在于——

可以更加轻松地水论文。

所谓“领先一个身位的可能”即便真实存在,也主要是来自于常浩南和火炬实验室强大的计算能力。

设备只是辅助。

但他也不可能承认说自己正在搞一个可能颠覆整个材料学体系的大新闻。

所以只好改为画饼。

而恰好,孙飞这样的人,还真就吃这一套。

他不再犹豫,有力地握住了常浩南的手。

“常院士,您说服我了!”孙飞的声音铿锵有力,“技术上,我们生物成像中心,一定全力以赴!”

(本章完)

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