中新网北京2月26日电 (记者 孙自法)中国国家重大科技基础设施——综合极端条件实验装置2月26日在北京通过国家验收，这一国际先进的同时具备极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件综合实验能力的大科学装置，其主要建设内容、科研目标等备受关注。
作为项目主要建设单位，中国科学院物理研究所向媒体提供的信息显示，综合极端条件实验装置主要建设内容包括建设极端条件物性表征系统、高温高压大体积材料研究系统、极端条件量子态调控系统、超快条件物质研究系统等四大实验系统。此外，还建设了相关的实验辅助设施和必要的土建工程。
极端条件物性表征系统包括超高压极低温物性测量子系统、极低温强磁场量子振荡测量、综合极端条件光谱测量、强磁场核磁共振测量、极低温强磁场扫描隧道测量、极低温原位扫描隧道角分辨光电子谱测量、高压原位多物理量系统测量等诸多子系统。
同时，建成低温、高压、强磁场、超快光场等多种综合极端条件，形成电输运性质、磁性、核磁共振谱、拉曼光谱、扫描隧道谱、太赫兹和红外光谱、角分辨光电子谱等多种物性表征和谱学测量平台。
综合极端条件实验装置通过国家验收，图为其极端条件物性表征系统-强磁场核磁共振实验站相关设备。中新网记者 孙自法 摄中国科学院物理所周睿研究员科普介绍极端条件物性表征系统—强磁场核磁共振实验站说，在强磁场下，不仅可以改变物质的电子结构，显示出新的量子效应，还能根据电子在强磁场的响应下，探究物质的电子结构信息；在超高压下，可以缩短物质本身的原子间距，形成全新的物质状态，比如石墨加压后，可以华丽蜕变成钻石。
磁场虽然看不见，却真实存在于人们周围。通过改变磁场的强度，存在于磁场内部的物质会改变状态，反映出物质的微观结构。强度越高，变化越明显，而结构分析越准确。高压作为另外一种外界刺激手段，元素不变的情况可以直接改变物质的结构和形态。
周睿指出，为更全面了解物质特性，研究人员会在对物质施加磁场和压强等外部刺激的同时，从声、光、电、热、磁等方面观察物质给出的反应，进而对其有全面的认识和理解，以准确把握这些物质可以发挥的潜力。
高温高压大体积材料研究系统包括固体环境高温高压极端条件实验、液体环境高温高压极端条件实验等子系统，主要通过建设固体环境高温高压极端条件、液体环境高温高压极端条件、非平衡高压极端条件实验平台，形成一个完整的高温高压大体积材料研究体系。
极端条件量子态调控系统包括亚毫开极低温实验、极低温固态量子计算研究、低温强磁场低维电子波谱学实验等子系统，通过建成亚毫开极低温实验条件、极低温极弱场超导量子计算条件、极低温强磁场自旋量子计算条件以及低温强磁场低维电子波谱学实验手段，形成超导拓扑等量子态专用调控平台。
综合极端条件实验装置通过国家验收，图为该大科学装置的亚毫开实验站。中新网记者 孙自法 摄中国科学院物理所李沛岭副研究员科普讲解说，在极端条件量子态调控系统实验站中，科研人员借助仪器把温度不断降低，最低可以接近绝对零度(零下273.15℃)，当温度接近绝对零度时，物质的熵趋近于零，此刻热运动停止，物质的原子分子排列会非常有序，原本微弱的量子效应就会显现出来，甚至一些材料会显示出超导现象。
超导指某些材料在低温环境下，电流通过时电阻为零的现象，如果把超导材料比喻成高速公路，电流看成车辆，那么电流这辆车在超导的路上行驶，就完全不会产生任何油耗。目前超导现象还依赖于低温环境，如果研究出室温超导体，那电力能源传输、网络和数据传输、医学诊疗都将有极大变化。
当温度接近绝对零度时，物质的基本构成粒子像分子、原子甚至是电子就不像高温时那么活跃，它们会以某种秩序排列起来，此时量子相关的一些特征效应会变得更加明显且容易捕捉。李沛岭打比方说，“就像河里的鱼，正常情况下我们看不清，但当我们将水都变成冰，鱼被冻在冰内的时候，鱼的各种特征就能通过准确且全面的观察确定下来”。
超快条件物质研究系统主要建设飞秒激光、阿秒激光、飞秒X射线及飞秒电子脉冲等超快条件，形成超快条件下的时间分辨谱学测量平台和时间分辨结构成像平台，包括飞秒激光超快实验、阿秒激光超快实验、超快X射线动力学实验、超快电镜与电子衍射实验等子系统。
综合极端条件实验装置通过国家验收，图为该大科学装置的阿秒超快实验站相关设备。中新网记者 孙自法 摄中国科学院物理所董朔副研究员介绍阿秒超快实验站说，在超快光场下，阿秒是目前最小时间单位，1阿秒是秒的一亿亿分之一。日常拍照时，人们不断按相机快门可以记录下物质的运动，在超快光场实验室里，就相当于拥有一个超级快速的相机快门，“拍摄”记录下原子、分子、电子的运动，了解物质内部发生的全部变化。
她透露，比阿秒更快的时间单位是仄秒，但目前还处于理论探索阶段。
中国科学院物理所表示，综合极端条件实验装置建成后，可提供最低温度不高于1毫开尔文，最高压力不低于3000亿帕斯卡，最高超导磁体磁场强度不低于26特斯拉，超快光场脉宽不高于100阿秒的极端条件实验环境。通过系统间实验条件的协同，还可以为用户提供综合极端条件指标。
在建设过程中，综合极端条件实验装置不断改进方法体系，提高实验能力，建成从元器件加工到适应不同测试需求的大型极端条件设备的测量体系、从设备研制到多极端条件集成的一体化工程技术体系，从而为该装置极端条件指标的突破、关键设备的自主研制等提供有力技术支撑，并通过自主研制掌握一大批具有国际一流水平的关键技术和关键设备。
目前，综合极端条件实验装置已上线“夸父”量子计算云平台，成功研制基于极高场全超导磁体的极端条件物性测量系统，实现一系列技术突破。
业内专家认为，综合极端条件用户实验装置的建成运行，将极大提升中国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力，未来在诸如新型高温超导体发现、非常规超导机理突破、量子计算核心技术突破、物性的超快调控和晶格振动实时成像的实现等研究方向上，将助力中国取得国际一流的研究成果。(完)