世界首个轻元素量子材料平台启动运行
本报讯（记者 何蕊）昨天，北京大学在怀柔科学城落地的又一重大科研项目——轻元素量子材料交叉平台启动运行。该平台是世界上首个以轻元素体系为核心研究对象的量子材料研究平台，运行后将对轻元素量子材料进行精准制备、测量和调控，探索其在信息、能源、生物、环境等领域的实际应用。
“氢、氦、锂、硼……这些活跃在化学元素周期表前列的轻元素，就是我们的研究对象。”平台负责人、北大物理学院教授江颖用“非凡”二字来形容它们——因为由这些轻元素组成的材料拥有核量子效应强、结构稳定、原材料丰富、合成成本低等特点，在物理研究中具有独特的优势。量子材料不受典型物理规律支配，可突破经典材料的应用边界，催生出颠覆性的现象，但它很“脆弱”，通常依赖于低温、高压、真空等极端条件。于是，科学家尝试把轻元素和量子材料结合，希望通过轻元素体系的独特优势，帮助量子材料突破“脆弱性”瓶颈。
平台的建设为这场“强强联合”提供了理想的研究条件。江颖介绍，平台设有量子材料设计与预测、量子材料精确制备、量子物性精准探测与调控、量子器件加工与测试4个研究部门，开展从基础理论、实验技术、材料制备到器件探索的全链条、开放式的前沿交叉研究。“在这里，我们通过对轻元素量子材料的精准制备和调控，使其从此前的极端环境中走进现实应用。”
他举例，通常情况下，超导现象出现在极低温的环境中，但实验发现，高压条件下，超导也可在接近室温的环境中实现，“轻元素材料是最有希望实现室温超导的体系之一，而且通过量子调控，还有可能在接近常压的情况下实现室温超导，如果能将该成果应用在实际生活中，电力输送过程中的能耗将大大降低。”他说，基于平台，团队正在研发新型材料与原型器件，探索轻元素量子材料在不同条件下的新奇物性。
该平台于2020年9月开工，2023年5月竣工。平台建设期间，团队针对轻元素材料的研究就已启动了。昨天，江颖还带来了一则好消息：团队成功研发具有自主知识产权的新型扫描探针显微镜并完成国产化，具有超高灵敏度和超高分辨率，核心参数达到国际领先水平。该显微镜通过探测极其微弱的高阶静电力，首次实现了氢原子的成像和定位，有助于轻元素量子材料的开发和应用。利用该国产化显微镜，团队首次获得了自然界最常见的六角冰表面的原子级分辨图像，发现冰表面在零下153摄氏度就开始融化，并揭示了该过程的微观机制。这项成果于昨天在国际著名学术期刊《自然》上发表。