精密仪

日本关西学院大学一个研究团队20日宣布，他们研发出一种超精密尺子，可用于测量纳米级别的尺寸。 　　这个团队来自关西学院大学理工学系。他们研制的这种尺子以硬度仅次于钻石的碳化硅为主要材料。碳化硅质地坚硬，很难加工，研究人员为此专门开发出一种新的加工技术。他们把碳化硅放入超真空环境中加热到约2000摄氏度，再对其表面进行切削。 　　采用这一加工技术，研究人员成功使碳化硅材料表面形成了阶梯状构造，阶梯的每级“台阶”为0.5纳米，相当于尺子的一格刻度。据介绍，研究人员还能把“台阶”的高度做成0.76纳米和1纳米。 　　研究人员表示，这种超精密尺子可广泛应用于超精密仪器、计算机中央处理器、大规模集成电路等诸多涉及纳米技术的领域。新型尺子的耐腐蚀性也比传统的硅制精密尺子更胜一筹。

2022年9月8日，摩方精密被日本精密工学会正式授予“日本精密工学会制造奖”，成为全球第三家获得该奖项的非日本本土企业，也是第一家来自中国的企业，而此前获得过此殊荣的国外企业，只有德国的两家公司。这也是摩方精密继获得国际光学工程学会棱镜奖、TCT2022最佳硬件及聚合物系统奖后，再次斩获国际重量级奖项。 日本精密工学会成立于1933 年，到目前为止，在全球范围内已拥有包括高等院校、研究机构以及知名企业在内的5500多个成员，在世界精密制造工业领域中，尤其是在精密设计、精密加工、精密机械、精密计量、环境工学、表面材料、医学器械等诸多领域，始终占据着领导者地位。日本精密工学会设奖目的在于，一方面奖励具有卓越的开发力和工业改善力的优秀新型产品或具有促进制造业发展作用的高新技术；另一方面奖励在精密工程领域开发出具有高社会价值产品和技术的优秀企业，以肯定他们的努力和贡献，支持他们进一步发展。因此，此次获奖，无疑对摩方精密在精密加工制造领域的技术实力和突出贡献给予了高度的肯定和莫大的鼓励。摩方精密作为全球微纳3D打印和精密加工领域先行者和领导者，今后将凭借领先于行业的卓越技术实力，为全球制造产业的发展、科学技术的进步做出更大的贡献。

【研究背景】原子光谱学是研究原子能级之间转变及其相互作用的重要领域，因其在基础物理研究、原子钟、量子计算等领域的应用而受到广泛关注。与传统的光谱技术相比，精密原子光谱技术具有更高的灵敏度和准确性，能够揭示更细微的物理现象。然而，精确的原子过渡频率的预测常常依赖于对核性质的了解，而这些性质在理论模型中往往缺乏足够的准确性，因此需要通过独立的高灵敏度实验测量来确定。这为研究人员带来了巨大挑战。近日，来自马克斯普朗克核物理研究所Stefan Dickopf的课题组在研究氢同位素和氦同位素的超精密测量方面取得了新进展。该团队通过高精度的Penning阱测量技术，成功获取了氦-3离子的Zeeman效应和超精细分裂（HFS）数据，从而直接测量了其Zemach半径和核磁矩。这一成就不仅为氢同位素的研究提供了重要的参考，还为其他HFS间隔的精确预测奠定了基础。利用这些新测量结果，课题组显著提高了对核磁矩的了解，为绝对磁测量提供了理论支持。同时，通过对不同电荷态的氦同位素（如氢样和锂样的氦-9离子）进行比较，研究人员能够消除与核结构相关的影响，进而在精确度达到十亿分之一（ppb）级别的同时测试量子电动力学（QED）理论。这一研究为多电子系统的电磁屏蔽参数计算提供了首个精密验证，展示了氦-9作为研究核结构贡献的理想参考材料的潜力。【仪器解读】本文通过高精度量子电动力学（QED）原理和精细结构的理论依据，具体来说，利用了氢样系统的简单电子结构，首次研发了氢样铍离子的高精度光谱仪器，从而表征发现了铍离子中的超精细分裂（HFS）和齐曼分裂现象，最终揭示了其核磁矩和泽马赫半径的精确值。针对铍离子中的超精细结构现象，通过采用精密的潘宁阱技术进行光谱分析，得到了超精细分裂间隔以及电子自旋转移的相关频率。这一过程不仅允许我们独立测定铍离子的质量，还通过三个核自旋跃迁提供了高度精确的测量结果。进而挖掘了核结构在超精细相互作用中的重要作用，特别是对于低核电荷的系统，其所具有的简单电子结构使得相关计算能够达到更高的准确度。在此基础上，通过高精度的光谱测量手段及对核结构贡献的研究，本文着重研究了铍离子和其他氢样系统在不同电荷状态下的超精细分裂和齐曼分裂之间的关系。通过与重元素的超精细分裂进行比较，验证了量子电动力学（QED）理论，并对多电子体系的抗磁屏蔽参数进行了前所未有的精确测试。这不仅为核磁矩的计算提供了新的标准，也为相关的精密物理实验提供了更加可靠的参考。潘宁阱设置示意图参考文献Dickopf, S., Sikora, B., Kaiser, A. et al. Precision spectroscopy on 9Be overcomes limitations from nuclear structure. Nature 632, 757–761 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07795-1