实验室的故事｜这个夏日，探索新材料的极限

复旦大学应用表面物理全国重点实验室是由我国著名物理学家谢希德先生亲自倡导建立的实验室，于1992年12月底通过国家验收并正式对外开放，至今已走过三十多年的历程。

实验室以表面物理学的概念、理论和方法为基础，在凝聚态物理、光物理、材料科学、信息科学的前沿开展基础研究及中远期应用研究。围绕新型半导体、磁性、关联体系、人工超构材料和新能源材料等研究领域的重大科学问题及未来应用设立主要研究方向，应对国家重大需求。

这个夏日的几乎每一天，在复旦大学江湾校区物理楼里，实验室张远波教授的团队成员们都在眼前的这台设备前忙碌。它叫做“二维器件真空制备系统”，由张远波教授团队自主研发。系统里是一块极致的“净土”。在二维样品制备过程中，超高真空环境最大程度地保护样品的表面，保证二维材料表面和界面的清洁。这个超高真空二维器件制备系统的本底真空度好于3×10-10mbar。在这样的真空度下面，原子厚度的样品不会发生氧化变质，从而能够展现本征的量子物性。

实验最后得到的样品名叫“二维黑磷场效应晶体管”，虽然小到肉眼看不见，但它却可能在微纳、光电器件方面显示出很大潜力。近年来，二维黑磷吸引了众多实验室的关注。材料虽好，但亦有多个问题挑战着全球的科学家们，例如大尺寸高质量二维黑磷的合成难题、环境稳定性差等。

此前，张远波团队和合作者解决了高质量黑磷晶体生长、二维黑磷器件制备等难题，开辟了二维黑磷这一新的研究方向，推动了二维材料领域的发展。相关论文作为二维黑磷研究的“开山之作”，引发了包括物理、材料、电子等多个领域内二维黑磷的基础与应用研究。

应用表面物理全国重点实验室是凝聚态物理研究的超级基地，聚焦研究固态和液态材料的宏观与微观物理性质，是物理学一级学科下属的核心二级学科，以发现新物态、探索演生现象、理解重大物理现象的机理、利用物态调控实现相关应用为根本目标。例如，高温超导、（分数、反常）量子霍尔效应、巨磁阻效应、准晶体、拓扑相与拓扑新物态等等。为何如此重要？是因为它许多重要发现直接推动了当代信息科学的飞速发展。晶体管、集成电路、CCD、巨磁阻存储等技术的突破不仅赢得了诺贝尔物理奖的殊荣，还直接促成了快速计算与高密度存储的高端芯片的构筑，为人类进入现代化信息社会奠定了关键基础。凝聚态物理对人类所面临的能源问题的解决也至关重要。

故而，实验室是基础研究之重镇，亦是国之重器。

实验室确定了以下四个主要研究方向：1、表界面中的非常规超导与强关联物理，2、拓扑物理与低维电子体系，3、低维磁性与自旋电子学，4、受限体系的物态表征与调控。它们涵盖了凝聚态物理研究的最前沿领域，既有各自需要解决重大前沿科学问题，又对标国家重大应用需求。在基础研究物理前沿做出有重要国际影响力的原创性成果的同时，将基础成果应用于信息、能源、生物医疗、国家安全等国家重大需求领域，旨在打破国外技术垄断。

新民晚报记者打开复旦应用表面物理全国重点实验室的网页，发现今年这里已产生多项科研成果，比如物理学系教授吴义政课题组和理论物理与信息科学交叉中心教授袁喆课题组深度合作，首次清晰揭示磁动力学中自旋角动量耗散的微观过程，阐明轨道激发在自旋耗散中发挥的关键作用，进一步精准解析出铁的费米面不同电子能带对磁阻尼的具体贡献；复旦物理系张童、中科大封东来团队与南京大学王锐课题组、中科院物理所董晓莉课题组合作，利用高分辨率隧道谱学结合输运测量与模型计算，揭示了超导体磁通钉扎的微观机理……

在实验室的电子显微镜下，科学家正忙着厘清原子排列、解析周围磁场、分析热力效应。短时间内，我们或许无法看出这些与普通人理解的科技发明如何相关，可事实上，这里就是当今我们享受到的无数现代科技成果的源头。

原标题：《实验室的故事｜这个夏日，探索新材料的极限》

栏目编辑：王蕾 图片来源：新民晚报记者陶磊

来源：作者：新民晚报 张炯强 陶磊