圖為“三光束脈沖激光共沉積鍍膜系統(tǒng)”。
超導(dǎo)技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)最具有經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義的新興技術(shù)之一，超導(dǎo)體所具備的“零電阻”和“完全抗磁”這兩大神奇特性，為人們帶來了巨大想象空間。
例如利用超導(dǎo)體電阻為零的特性來進(jìn)行電力輸送，可以大大減少線路損耗，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的大容量電力輸送；利用它完全的磁抗性可以制造磁懸浮列車、電磁彈射裝置等。
“超導(dǎo)最近在媒體出現(xiàn)的頻率比較高。比如時(shí)下熱門的量子計(jì)算，涉及到超導(dǎo)量子比特；被稱為‘人造太陽’的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，也應(yīng)用了超導(dǎo)磁體。”中國高溫超導(dǎo)研究奠基人之一、國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)得主趙忠賢院士介紹道，超導(dǎo)距離實(shí)際生活最近的應(yīng)用，則是醫(yī)院常見的核磁共振成像中的超導(dǎo)磁體。
超導(dǎo)薄膜技術(shù)是超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。日前，由趙忠賢院士倡導(dǎo)建立并擔(dān)任顧問的研究團(tuán)隊(duì)，面對(duì)國外禁運(yùn)，通過技術(shù)集成創(chuàng)新，成功研制出基于國產(chǎn)部件的“三光束脈沖激光共沉積鍍膜系統(tǒng)”，并制備出大尺寸雙面釔鋇銅氧（YBCO）超導(dǎo)單晶薄膜，為我國制備高品質(zhì)、應(yīng)用型超導(dǎo)薄膜產(chǎn)品技術(shù)帶來新突破。
關(guān)鍵設(shè)備買不來，怎么辦？
在東莞松山湖科學(xué)城松山湖材料實(shí)驗(yàn)室“實(shí)用超導(dǎo)薄膜研究團(tuán)隊(duì)”的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一組銀白色裝置占據(jù)了房間一角，三臺(tái)激光器宛如手術(shù)臺(tái)上的三支機(jī)械臂，將一個(gè)帶有觀測窗的球形操作臺(tái)圍在中間，綠色和紫色的光束不時(shí)閃爍。這個(gè)裝置就是該團(tuán)隊(duì)近期研發(fā)成功的“三光束脈沖激光共沉積鍍膜系統(tǒng)”。
該設(shè)備基于國產(chǎn)部件實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成創(chuàng)新，包括采用國產(chǎn)小型固態(tài)脈沖激光器實(shí)現(xiàn)多光束共沉積、激光器與光路系統(tǒng)模塊化整體位移、自主研發(fā)控制軟件實(shí)現(xiàn)操作智能化等。利用這臺(tái)設(shè)備，該團(tuán)隊(duì)還成功制備出2英寸雙面YBCO超導(dǎo)單晶薄膜，將脈沖激光沉積技術(shù)制備高品質(zhì)應(yīng)用型薄膜產(chǎn)品，推向了一個(gè)新的高度。
該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人金魁研究員表示，大尺寸雙面釔鋇銅氧（YBCO）單晶薄膜，是設(shè)計(jì)高溫超導(dǎo)薄膜器件的良好載體，而高溫超導(dǎo)薄膜器件則是開發(fā)未來通信技術(shù)和超高性能雷達(dá)探測器的重要部件，具有十分重要的應(yīng)用前景。
然而，能夠制備該類薄膜的先進(jìn)設(shè)備，此前被德日美等少數(shù)國家掌握，一直以來對(duì)我國封鎖核心技術(shù)，并且大尺寸薄膜制備設(shè)備近期也已對(duì)我國禁運(yùn)，導(dǎo)致我國高品質(zhì)應(yīng)用型“薄膜”和“鍍膜設(shè)備”核心技術(shù)受制于人。
金魁坦言，按照最初構(gòu)想，是希望直接從國外購買一套先進(jìn)的大尺寸鍍膜設(shè)備，之后按團(tuán)隊(duì)的需求改造，然而卻未能如愿。
“買小尺寸薄膜制備設(shè)備回來，做出的樣品主要是用于基礎(chǔ)研究，找規(guī)律、寫論文，國外公司同意賣給我們；但要買能投入實(shí)用的大尺寸薄膜制備設(shè)備，他們就拒絕了?！苯鹂硎?，另一方面，國外的設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)單面薄膜的制備，無法滿足團(tuán)隊(duì)需求。
關(guān)鍵設(shè)備買不來，怎么辦？
在趙忠賢院士的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)最終下定決心走上了自研之路。令他們感到高興的是，團(tuán)隊(duì)產(chǎn)出成果的進(jìn)度超過了預(yù)期。在國外禁運(yùn)的情況下，團(tuán)隊(duì)僅用一年多時(shí)間就取得了成功。
“積小勝為大勝”
“我們用激光去打真空腔里面的靶材，由于瞬時(shí)高溫，靶材表面的成分會(huì)變成等離子體向外噴射，之后接觸高溫襯底，外延沉積完成鍍膜，過程就像是烙餅一樣?！痹撛O(shè)備主要的設(shè)計(jì)和搭建者馮中沛博士是團(tuán)隊(duì)里的一名年輕人，設(shè)備成功運(yùn)轉(zhuǎn)，讓他格外興奮。
過去一年多，馮中沛和同事們幾乎每天都圍著這臺(tái)設(shè)備轉(zhuǎn)。在工作室緊鄰該裝置的墻邊有一面白板，上面寫滿了與裝置搭建相關(guān)的事項(xiàng)。一年時(shí)間里，大到整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)裝配，小到一根螺絲釘?shù)亩ㄖ?，整個(gè)團(tuán)隊(duì)“掛圖作戰(zhàn)”，環(huán)環(huán)推進(jìn)，最終才獲得了成功。
“這臺(tái)設(shè)備的功能可以擴(kuò)展，也可以為超導(dǎo)以外的材料進(jìn)行鍍膜。就像買了一口鍋，一開始只用來炒菜，后面還可以用來蒸煮?！瘪T中沛介紹道。
令整個(gè)團(tuán)隊(duì)感慨的是，直到他們研制出成本更低、性能更優(yōu)的設(shè)備時(shí)，從日本采購的小尺寸鍍膜設(shè)備甚至因?yàn)橐咔?，還沒有廠家工程師前來拆箱。
“這件事雖然談不上偉大，但是它給了我們很大信心。遇到‘卡脖子’難題，逼著自己進(jìn)行自主研制和創(chuàng)新，最終把一條新的技術(shù)路線走通了?！壁w忠賢表示，假如全國幾十萬、上百萬的科研團(tuán)隊(duì)，能有十分之一像這樣專注去做一件事，我們跟國外的科技競爭就能握有更大的主動(dòng)權(quán)。
“積小勝為大勝，變成大勝就有了長板，有了競爭優(yōu)勢，國外還怎么卡我們脖子？”他說道。
除了團(tuán)隊(duì)自身的努力和經(jīng)驗(yàn)積累，趙忠賢還特別提到，松山湖科學(xué)城給予的寬松科研環(huán)境與合理的評(píng)價(jià)體系，為這一成果取得提供了重要土壤。
在他看來，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室一方面注重研究實(shí)效，不以論文論英雄，讓科研人員集中精力搞攻關(guān)；另一方面，充分信任科學(xué)家，原本購置設(shè)備的錢可以靈活用于自主研發(fā)，“允許用打醬油的錢去買醋”，賦予科學(xué)家自主權(quán)。
推動(dòng)超導(dǎo)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化
能否制備出大尺寸、高質(zhì)量的超導(dǎo)薄膜，關(guān)系諸多關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。
以超導(dǎo)薄膜為基礎(chǔ)的數(shù)字電路，相比半導(dǎo)體材料做的數(shù)字電路速度更快、損耗更小、容量更大；用超導(dǎo)薄膜制成的超導(dǎo)量子干涉器，可以探測比人腦磁場弱幾千倍的磁場，用收集來的磁信號(hào)進(jìn)行分析，能夠確定礦源、預(yù)報(bào)地震等。
而超導(dǎo)薄膜制成的天線、諧振器、濾波器等微波通訊器件，具有常規(guī)材料（如金、銀等）無法比擬的高靈敏度。此外超導(dǎo)薄膜在大型粒子加速器中也有著廣泛的應(yīng)用。粗略估計(jì)，國內(nèi)外計(jì)劃建設(shè)的各類加速器項(xiàng)目，對(duì)超導(dǎo)薄膜諧振腔的需求量將超過10000個(gè)。
面對(duì)這一趨勢，與超導(dǎo)基礎(chǔ)研究打了大半輩子交道的學(xué)界泰斗，開始將工作重心放在推動(dòng)超導(dǎo)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與實(shí)際應(yīng)用上來。
2017年底，廣東啟動(dòng)首批四家省實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，趙忠賢接受邀請(qǐng)，出任松山湖材料實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)主任一職，從北京來到了東莞松山湖。在他倡議和親自指導(dǎo)推動(dòng)下，“實(shí)用超導(dǎo)薄膜研究團(tuán)隊(duì)”在松山湖材料實(shí)驗(yàn)室迅速建立起來。
除趙忠賢院士作為團(tuán)隊(duì)顧問之外，擔(dān)任團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的金魁研究員，也是一位高水平超導(dǎo)研究專家，他在高溫超導(dǎo)體機(jī)理研究、超導(dǎo)薄膜制備、新超導(dǎo)體探索等方面都有諸多重要成果，先后在《自然》雜志等主流刊物發(fā)表重要論文80余篇。
此外，多位具備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作背景的超導(dǎo)薄膜和低溫技術(shù)專家也先后加入，組成了國內(nèi)一流的班底陣容。
“我們選定的題目是‘實(shí)用超導(dǎo)薄膜及相關(guān)技術(shù)研究’，這個(gè)不像‘量子’或者‘智能’之類的名字時(shí)髦，但并不意味著研究的內(nèi)容不重要?！壁w忠賢說，希望以應(yīng)用為目標(biāo)來做一個(gè)中長期項(xiàng)目，解決超導(dǎo)應(yīng)用過程中一系列關(guān)鍵核心技術(shù)難題，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)跨越性的進(jìn)步，帶來應(yīng)用上的質(zhì)變。
談及今后的打算，年屆八旬的趙忠賢心心念念的，仍然是超導(dǎo)?！耙皇钦业匠瑢?dǎo)應(yīng)用存在的短板，想辦法推動(dòng)一些項(xiàng)目、組織一批隊(duì)伍來把超導(dǎo)領(lǐng)域的這些問題全部掃光；二是在超導(dǎo)應(yīng)用的某些方面，希望看到我們比別人強(qiáng)，有自己的‘絕活’?！?/p>
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
