凝聚物質科學大智慧探訪北京凝聚態國家實驗室（籌）

　　 5月初的一個周末，中科院物理研究所/北京凝聚態國家實驗室（籌）（以下簡稱凝聚態物理國家實驗室）研究員厚美瑛和往常一樣來到實驗室開始工作。

　　走進實驗室，置物架上大大小小的玻璃瓶中裝著顏色不一的球形顆粒物。“有玻璃的、金屬的，我們會按照尺寸篩選和放置，供不同的實驗使用。”厚美瑛向《中國科學報》記者介紹。

　　近年來，該研究小組主要關注顆粒物的運動行為。除了研究對象，實驗室還搭建了多臺用于激發顆粒運動所需的產生重力、振動、剪切和撞擊等條件的設備。

　　在厚美瑛看來，研究宏觀顆粒的運動機制不僅為人們認識沙塵暴、雪崩、泥石流等自然現象奠定科學基礎，還與我國“一帶一路”建設所涉及的人類活動與地球環境互動中的海床和脆弱陸域重大工程建設與安全問題息息相關。“另外，著陸器在星球表面的安全著陸等關鍵問題，也與不同重力場下土壤物理力學特征和動力學相關。”她說。

　　隨著“實踐十號”衛星上科學實驗的結束，厚美瑛帶領的研究小組更加忙碌。4月6日至4月25日“實踐十號”在軌運行期間，研究人員曾6次從科學衛星上獲取科學數據。記者在“實踐十號”傳回的視頻中看到，微重力下，實驗艙里的金屬球像氣體分子一樣懸浮起來，并有團簇形成。

　　“實踐十號”衛星為科學家提供了穩定的微重力環境，這也是世界上首次在微重力環境下系統進行的顆粒分倉聚集實驗。“實驗分為單、雙倉兩個部分。我們通過單倉觀察顆粒的團簇形成條件，通過雙倉觀察顆粒在兩倉的分聚情況。”研究人員介紹。

　　目前，他們正在對更多參數實驗結果進行進一步分析，以期獲得對顆粒聚集行為的系統觀察，利用顆粒物質內稟特性，建立空間儲存、運輸和操作的新方法。

　　厚美瑛帶領的研究團隊屬于軟物質物理重點實驗室，是凝聚態物理國家實驗室擁有的眾多科研機構之一。多年來，凝聚態物理國家實驗室正是依靠科研人員腳踏實地的開拓創新，凝聚了物質科學的大智慧。

　　該國家實驗室依托于中科院物理所，是2003年由科技部批準建設的首批國家實驗室之一。如今，經過10年建設，凝聚態物理國家實驗室已擁有16名兩院院士領銜的強大科研人才隊伍，形成了完善的研究體系和技術支撐體系，研究覆蓋了當前凝聚態物理學科的前沿領域。

　　同時，多年來，國家實驗室以“國際評價機制”和“學術交流與考核評價相結合”的方式，將科研成果具有原創性重大突破或符合國家發展戰略需要為更高目標。不拘泥于高水平論文的國際評價制度，讓凝聚態物理領域的重大基礎研究成果在這里不斷開花結果。

　　顆粒物運動行為研究受到國際同行的高度重視。今年1月，位于德國不來梅的上拋式落塔專門排出一周時間，為厚美瑛研究小組提供“實踐十號”科學實驗的預實驗支持。“凝聚態物理國家實驗室為科學家提供了自由探索的環境，有利于開展既與國際科學前沿接軌，又能真正面向國家重大需求的基礎研究。”厚美瑛表示。

　　2014年初，空缺3年之久的國家自然科學獎一等獎，頒給了凝聚態物理國家實驗室在鐵基高溫超導研究中取得的重大突破。當時《科學》雜志指出：“如洪流般不斷涌現的研究結果標志著在凝聚態物理領域，中國已經成為一個強國。”

　　同年，研究人員基于對拓撲絕緣體的深入研究，與清華大學等合作在實驗上實現了“量子反常霍爾效應”。相關工作使人類構造新型量子器件并進一步實現電子技術革命成為可能。

　　2015年，該國家實驗室由方忠、陳根富、丁洪帶領的3個研究小組合作，分別從理論預言、材料、實驗等3個環節入手，共同發現了具有真正意義的外爾半金屬材料，并通過精確實驗驗證了“外爾費米子”的存在。

　　該國家實驗室科研人員指出：“凝聚態物理國家實驗室能夠在拓撲材料領域逐步走向世界前列的根本原因在于理論、樣品、實驗的緊密結合，這正是整個國家實驗室實力的彰顯。”

　　除了基礎研究，凝聚態物理國家實驗室對大科學裝置的建設提供了強有力的支撐。據丁洪介紹，上海光源“夢之線”、中國散裂中子源靶站譜儀、中國先進研究堆等大科學裝置背后都有凝聚態物理科學家忙碌的身影。

　　從2016年3月起，該國家實驗室啟動建設我國綜合極端條件實驗裝備，將建設集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件為一體的實驗裝置，將成為發現新物態、新現象、新規律的科學重器。

　　此外，凝聚態物理國家實驗室也在產業關鍵材料與技術應用方面突破壁壘。例如，鋰離子動力電池關鍵技術、碳化硅單晶生長及加工技術等戰略性關鍵技術相繼研發成功并已走進市場。

　　從基礎研究到關鍵材料產業化，凝聚態物理國家實驗室正朝著“全鏈條一體化”的方向努力邁進。