国内首台！上海工程师研制出纳米级装配让中国科学家不必赴欧美做相关实验

他曾师从中国科学院院士、上海交通大学教授贾金锋研究凝聚态物理学，入职上海科技大学后却“转行”当起了工程师，带领团队建成海内首台纳米角分辨光电子能谱装置（NanoARPES），使我国成为继美国、英国、法国、意大利后第一个建成这种前辈装置的发展中国家。

如今，他正在参与我国迄今为止投资最大、培植周期最长的重大科技根本举动步伐项目，为上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）设计物质电子构造（SES）实验站。

王美晓与纳米角分辨光电子能谱装置

接到重任，正合他的心愿

NanoARPES实验站位于张江科学城，是上海同步辐射光源二期工程的组成部分，其总体性能达到国际顶尖水平。
利用这个实验站，科学家可以探测各种物质的电子构造，研究量子材料和量子器件，为新一代芯片材料、高性能量子打算机的开拓奠定根本。

中国科学院、复旦大学、上海交通大学、南京大学等多家科研机构和高校的科研团队已利用这个实验站，取得了主要科研进展。
在开放运行不到一年韶光里，实验站已经在国际有名科技期刊上揭橥多篇论文。

纳米角分辨光电子能谱装置

作为实验站工程项目卖力人，王美晓堪称“幕后英雄”。
在上海交大攻读博士期间，他在贾金锋教授辅导下研究马约拉纳费米子。
这种粒子是物理学家埃托雷马约拉纳于1937年提出的预言，即存在正反粒子同体的分外费米子。
为捕获这种粒子，环球物理学家追踪了80多年。
贾金锋团队利用奥妙的实验设计，率先不雅观测到了在超导涡旋中的马约拉纳费米子踪迹，引起科学界轰动。
干系论文2012年揭橥在国际顶级科技期刊《科学》上，王美晓是第一作者。

在追踪马约拉纳费米子的过程中，王美晓前往美国伯克利，利用美国前辈光源（ALS）的角分辨光电子能谱装置（ARPES）做实验。
当时，我国没有如此前辈的大科学装置，做这种实验要向欧美科研机构申请。
得到ALS管理机构批准后，王美晓感到很幸运，但也心生感慨：如果我国也有前辈的ARPES装置，中国科学家做电子构造实验就不会有障碍了。

或许是命运的安排，这位青年科学家得到博士学位后，在应聘上海科技大学时接到了一项任务——研制海内首台纳米角分辨光电子能谱装置。
与微米级ARPES比较，这种装置可以将光斑缩小到几百纳米的尺寸，探测到更微不雅观的电子构造。
任务虽然艰巨，但正契合了王美晓读博期间萌生的心愿，以是他欣然应允。

角色转换，也能评高等职称

2015年—2018年初，他带领团队研制出NanoARPES测尝尝验站。
在此根本上，他们在上海同步辐射光源建造了NanoARPES实验站。
2021年9月，实验站通过了中国科学院组织的工艺测试验收，其总体参数性能达到国际顶尖水平。

上海同步辐射光源

研制这种大科学装置的难度有多大？王美晓举了一个例子：装置的一个光学元件——聚焦波带片“吹弹即破”，厚度不敷200纳米，要将它安全地固定在光路上难度非常大。
为此，他与机器专家等工程师多次谈论，终极确定了一个方案，把聚焦波带片稳稳地装在了NanoARPES上。

谈及从科学家到工程师的角色转换，王美晓以为，在张江科学城做一名研制大科学装置的工程师，是他的幸运。
“转行”后，他的科研论文发得少了，这对科学家来说确实是一种丢失，但另一方面，他用工程科技成果补充了海内空缺，让很多中国科研职员不必申请利用国外的装置，在上海张江即可利用最前辈的装置探索微不雅观天下奥秘。

令他欣喜的是，2019年夏天，他在上海科技大学晋升为副研究员（副高等职称）。
“过去我有点担心：从事工程项目的大学老师在评职称时会不会亏损？评上副研究员后，学校给我吃了定心丸。
”王美晓见告，“在从事工程项目的上科大老师中，今年还有人评上了研究员（正高等职称），解释这条职称晋升之路走通了，这对我们是莫大的鼓舞。
”

大国重器，投身实验站设计

如今，浩瀚科研职员正在张江科学城培植上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE），这一“大国重器”总投资近100亿元，总长约3.1公里。

张江科学城的光子大科学装置集群

自由电子激光因此自由电子为事情介质产生的强相关辐射，也是天下上最前辈的X光光源，能发出波长0.01—0.1纳米的硬X射线，具有超高亮度、超短脉冲、完备相关性等特点。
目前，环球规模最大、性能最好的这种装置，是欧洲X射线自由电子激光装置和美国直线加速器相关光源Ⅱ。
SHINE的规模与它们相称，性能上各有千秋。

在这个大科学装置工程项目中，王美晓担当物质电子构造（SES）实验站的系统卖力人。
SES实验站处于工程设计阶段，已召开多次研讨会，听取、论证科学家提出的用户见地。

“这个实验站建成后，可以开展多维度的物质电子构造探测，不但有像NanoARPES实验站这样的实空间维度探测，还可以开展韶光、自旋分辨等其他维度的探测，功能非常强大。
”这位上海精彩青年工程师的话中，透着对未来“科研神器”的憧憬。

栏目主编：黄海华

来源：作者：俞陶然