高压配气装置

3月11日，国家重大科研仪器设备研制专项“新一代大型超高压产生装置”项目启动会在吉林大学举行。项目管理工作组组长、国家自然科学基金委员会数学物理科学部常务副主任汲培文研究员及专家组成员数学物理科学部主任解思深院士、副主任董国轩、物理一处处长张守著、倪培根研究员、计划局项目处处长谢焕瑛、北京物理所靳常青研究员、四川大学贺端威教授、中国工程物理研究院张传飞研究员一行9人，吉林大学常务副校长赵继，项目负责人、中科院院士邹广田，科学技术处、资产管理与后勤处、基建处、财务处等校内相关部门负责人以及超硬材料国家重点实验室和设计施工单位相关人员参加了启动会。会议由张守著研究员主持。 　　赵继代表吉林大学对基金委专家的到来表示热烈欢迎。他表示，这一项目对吉林大学的建设和发展具有重要意义，学校将在各个方面提供大力支持和保障，在制度和措施等层面把责任落实好，同时整合有效资源，通过多学科交叉和协同创新，争取向基金委交一份满意答卷。 　　邹广田院士就“新一代大型超高压产生装置”项目内容和项目管理进行了介绍 设计施工单位颜永年教授作了题为“‘高压物理6万吨超高压液压机’设计方案可行性”的报告。 　　项目管理工作组专家对该项目在实施过程中可能出现的科学和工程问题进行了积极讨论，并表达了对吉林大学完成项目任务的信心。 　　“新一代大型超高压产生装置”项目是目前吉林大学获得的第一个近九千万元（8700万）的国家自然科学基金委员会项目，同时也是学校最具影响力的超大项目之一。该项目的实施不仅对我国物理、化学、材料、地学等基础科学的研究具有重大促进作用，还将面向经济社会发展和国家重大战略需求发挥重要作用。

4月28至29日，国家重大科研仪器研制项目“新一代大型超高压产生装置”验收会在吉林大学举行。国家自然科学基金委员会副主任谢心澄、浙江大学张泽、南方科技大学校长薛其坤、北京高压科学研究中心毛河光、燕山大学田永君、复旦大学龚新高、北京理工大学方岱宁等有关领导和相关领域专家，吉林大学校长张希，邹广田等参加了项目验收会和现场考察。会议由国家自然科学基金委员会数理学部常务副主任董国轩主持。　　在评审验收工作中，专家组一致认为，“新一代大型超高压产生装置”项目取得了大直径液压系统长行程自找平技术、分瓣式高压腔体与预应力钢带缠绕技术、压力梯度材料设计与三级密封组装技术三项创新性技术突破，为推动我国高压科学技术研究发展提供了大吨位单轴加载试验平台，总体完成了计划设计指标，正式通过国家项目验收。　　会上，张希代表吉林大学向国家自然科学基金委领导和专家们的指导表示感谢，向邹广田院士及项目组八年多的辛苦付出表示敬意。他表示，高压物理、高压化学和高压材料研究是吉林大学的优势学科方向，“新一代大型超高压产生装置”的建成，是开始的结束，而不是结束的开始。他希望相关科研团队和师生充分发挥装置效用，不断产生重要的新发现、新发明、新创造。希望国家基金委对项目接续支持，使装置得到充分利用，成为国内外学术交流合作的重要平台，为培养更多高层次人才、推动科技进步作出贡献。　　谢心澄在讲话中向邹广田带领的科研团队自装置项目立项以来，积极面向国家重大需求、坚持开展科研攻关表示感谢，同时，向吉林大学对装置研发工作的大力支持表示感谢，并希望吉林大学将该装置广泛应用于国家相关领域建设和转化应用，不断产生新的重要成果。　　验收会上，项目组技术负责人作项目工作情况报告。与会专家组分别听取了监理组、技术测试、技术档案和财务工作验收介绍，并前往大压机实验楼现场考察仪器设备有关情况。　　据了解，“新一代大型超高压产生装置”是吉林大学截至目前获批经费最多的国家自然基金项目。作为目前国际上最高吨位的单缸液压机，该项目成功研制的大腔体液压机将高压腔体体积的现有水平提高了2个数量级，可以开展以前所不能进行的高温高压研究工作，极大推进高压研究成果的转化应用。该装置的研发不仅实现了我国大腔体超高压装置从无到有“零”的突破，而且在物理、化学、材料、地学和能源等基础学科的高压科学研究中都将起到不可替代的重要作用，将在提升我国静高压研究水平和国际地位，解决国家行业重大需要等方面积极贡献吉大力量。　　国家自然科学基金委、教育部有关负责同志，来自国内20所高校和科研单位的验收专家，吉林大学常务副校长郑伟涛，科研院、财务处、审计处、资产管理处、实验室管理处、基础设施建设办公室、物理学院、超硬材料国家重点实验室等相关部门和学院负责同志及技术人员参加了评审验收会。

时间分辨泵浦-探测超快光谱由于其独特的优势（如超高的时间分辨率、费米面以上激发态的观测、相干玻色子激发等），被广泛应用于研究各种凝聚态物理(和其它科学)，包括高温超导、复杂相变、多自由度耦合、相干调控、激光诱导新量子态和隐态等。高压技术通过直接改变晶格常数来调节电子能带结构和自旋特性等，提供了一种独特、干净的调控手段，也成为凝聚态物理(和其它科学领域)研究的重要手段。近年来，在上述丰富而深刻的基础科学需求的推动下，人们致力于将超快光谱和高压物理这两个领域结合起来，以研究高压条件下的超快动力学[Chin. Phys. Lett. (Express Letter) 37, 047801 (2020)]。研究挑战主要来自于实验仪器产生数据的可靠性。由于研究超快动力学的实验非常精细，压力变化也容易引起复杂的物理效应，保证仪器装置获取可靠精准的、有可比性的实验数据对于高压超快动力学这个交叉方向的开启和发展至关重要。例如，如果实验过程中将高压装置拿出光路进行加压、调压、校压之后再放回光路，可能会导致位置偏移和样品转动，将会引入人为实验误差，对于泵浦-探测这样的双光束实验的干扰尤为明显（把双光路光谱实验与高压技术相结合面临更多挑战）。从实践看，国内外目前已有的初步尝试，大多获得的是准粒子寿命信息，缺乏可靠的幅值信息，这为研究超快动力学带来了困难，例如量子材料的超导相变、CDW竞争序、拓扑相变等量子物性的标志特征之一是能隙的打开或闭合，能隙的变化直接对应于激发态超快光谱实验中的声子瓶颈效应（phonon-bottleneck effect），确认声子瓶颈效应需要幅值和寿命双方面的信息，仅有寿命信息不足以确认，于是同时获得可靠的幅值和寿命信息对于高压超快动力学这个交叉领域的开启、成型和顺利发展至关重要。这对仪器装置提出两个关键要求：（1）技术层面--研制可靠精准的在线原位（on-site in situ）高压超快泵浦-探测光谱实验装置，（2）标准层面--提出相应的标准描述，同行们在报道实验结果时最好明确是否为在线原位获得的实验数据，以保证学术交流中实验数据有可比性，从而从整体上提高数据的可靠性，减少不必要的人为误差甚至误导。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF05组赵继民研究员及博士后吴艳玲、博士生加孜拉哈赛恩和田珍耘与北京高压科学研究中心丁阳研究员及博士生尹霞合作，成功搭建了一套室温条件下工作的“在线原位（on-site in situ）”的高压超快泵浦-探测光谱装置（图1）。该仪器装置的搭建取得了重要突破：（1）技术方面，实现了on-site in situ 技术，在整个实验过程中高压DAC不拿出光路，在光路中即可加压、调压、校压，完全避免了复位误差（repositioning fluctuation）（图2），最大程度保证了实验过程中样品不发生（控制在CCD监控微调误差范围以内的）移动或转动，避免了实验过程中不必要的人为误差，在实验数据的精准可靠性方面实现了最大化；（2）标准方面，提出了on-site in situ标准描述，如果在文章中明确DAC是否移出及放回了光路，则可在学术交流中提高实验数据的可比性（图3），避免了不必要的对比误差和解读偏差（使用机械臂将DAC移出光路并复位的装置，在最好的情况下等同于在线原位的精度，一般也有可比性）。总之，基于上述两方面仪器研发的突破，研究团队获得了室温下的可靠的幅值和寿命双方面的超快动力学信息，提供了足够丰富和全面的物性信息，为获得量子材料的高压超快动力学、进一步理解复杂相变和高压引起的激发态超快动力学特性提供了可靠的保障。图1. “在线原位（on-site in situ）”高压超快泵浦-探测光谱实验装置原理图。图2. 复位误差（re-positioning fluctuation）若干情形举例：（a）样品有台阶、位错或晶畴边界引起的晶格变化；（b）样品表面有台阶引起的高度差；（c）样品中存在不均匀的掺杂或缺陷分布；（d）样品具有平面内的超结构或复杂晶格结构；（e）样品有转动，且动力学对晶格方向很敏感。图3. 采用“在线原位（on-site in situ）”超快实验装置和“非在线原位（off-site in situ）”超快实验装置对相同实验观测到的不同超快光谱实验数据之间的对比。其中（b）图与（c）图：在off-site实验中只看到一个变化特征，经过on-site条件的实验能够观测到两个变化特征，分别对应两个不同的物理特性（包括声子瓶颈效应及相变等）。相关工作近期发表在Review of Scientific Instruments上，获得了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院创新交叉团队、中国科学院对外合作重点项目、中国科学院先导专项、北京市自然科学基金重点项目的支持。相关工作链接：[1] Y. L. Wu, X. Yin, J. Z. L. Hasaien, Z. Y. Tian, Y. Ding, and Jimin Zhao, On-site in situ high-pressure ultrafast pump–probe spectroscopy instrument, Review of Scientific Instruments 92, 113002 (2021).https://doi.org/10.1063/5.0064071