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第1540章 原子阵列


几小时后,当天深夜。

常浩南俯身在一台精密的原位光学测量设备前,透过观察窗,紧盯着内部激光干涉仪投射出的光斑变化。

栗亚波则在一旁操作着电脑,屏幕上实时绘制着材料折射率随激光波长变化的曲线。

“老师您看,12A-03号样品现在表现出的负折射率窗口非常清晰,就在这个近红外波段。”栗亚波指着屏幕上陡然下探到负值区域的曲线。

常浩南微微点头,但表情中的喜悦却转瞬即逝:“其他几个呢?”

“12A-01和12A-04都失败了,没有出现负区。12A-02刚开始有微弱负值,但很快就消失了……”栗亚波快速切换着数据流,“12A-05和12A-03出现的时间差不多,但波动情况很不乐观……”

如同栗亚波报告的那样,六份刚完成强磁场极化处理的金属基薄膜样品,只有四份暂时显现了负折射现象。

而其中三份,如同被戳破的气泡,在几分钟内,屏幕上的负折射信号便剧烈波动,最终彻底消失,曲线回归到平庸的正值区域。

只有一份样品,编号A3,其负折射特性顽强地维持着,虽然强度也在缓慢衰减。

“三十分钟了,A-3还在坚持,这已经是我们近期最好的结果之一。”栗亚波摘掉眼镜,揉了揉鼻梁两侧。

他的声音带着些许疲惫,但更多还是无奈。“我们试过重复磁化失效的样品,每次结果……就像是在抽签。”

“结果没有可重复性,是吧?”

常浩南知道负折射率材料的研制绝非一日之功,也不是自己前一阶段的工作重点,但每个月的例行报告他还是全都认真看过的。

“是啊……”栗亚波在电脑上打开了一个文件夹,里面是以样品编号命名的、密密麻麻的一大片数据文件。

鼠标滚轮滚动好几次都翻不到底。

“从接手这个项目以来,我总共做过九百多次有效测试,其中只有两次维持到了七天,当然最终还是失效了。”他叹了口气,“更麻烦的问题是,每次结束后的具体结果都不相同,上一次成功表现出负折射特性的样品,很可能到了下一次试验就转化失败,有时候想分析都无从下手。”

“把那些失败和相对稳定的样品,所有的透射电镜(TEM)表征结果调出来。”常浩南站起身,简单活动了一下身体,“对比一下这两类样品的区别。”

栗亚波迅速操作电脑,打开了几个成像文件。

常浩南凑上前来,想要看看微观结构的差异。

但其中大约一半图像都并不清晰,很难看出什么有价值的东西。

“成像效果确实不太理想。”栗亚波主动解释道,“其实那些最不稳定的样品,在做完原位折射率测量后,特性就基本已经没了,根本没机会做TEM……我们能做的,都是相对坚持久一点的。”

屏幕上快速闪过一张张高分辨TEM图像,显示着材料内部人工诱导出的、具有特定周期性的晶格结构。

常浩南飞速浏览,眉头紧锁。

图像分辨率虽高,但那些真正游离、未定域的原子或电子,在静态的TEM图像中如同隐形,无法捕捉到它们动态的缺陷或排列的瑕疵。

他想要观察的“缺陷”对比,在现有的表征结果里则几乎不存在。

“老师,您是不是有了新的思路?”

栗亚波敏锐地察觉到了常浩南那正在涌动的思绪。

“嗯……”常浩南点点头,“刚才在办公室的时候我说过,人工诱导周期性晶格的思路类似在沙滩上搭积木,一阵风就倒。”

栗亚波一脸认同:“确实如此,包括最开始从那台发动机上取下来的样本,也在大约二十天后彻底失去了特性。”

“那么。”常浩南的语气兴奋起来,“为什么我们不换一种思路?为什么不让材料自己组织起来?”

“自己组织?”

栗亚波疑惑地重复。

“对!”常浩南从旁边扯过一张纸,“利用光场本身!用特定波长、特定模式、足够强的相干光去‘驱动’材料中的原子或电子!不是我们人为地给它们设定晶格位置,而是让它们在光场的作用下,通过相互作用,自发地、集体地调整自己的状态,形成一个动态的、稳定的、与光场共振的超晶格!”

一边说着,一边还在纸上画出了几个光子激发的示意图:

“想想玻色-爱因斯坦凝聚!想想超流态!那都是粒子在低温下‘集体行动’的宏观量子现象!”

他的思路越来越清晰,语速也越来越快:

“能不能在特定的材料体系里,在光场的指挥下,诱导出某种类似的……光学超流态?让原子不再各自为战,而是作为一个整体,对光做出响应?这样形成的介质,理论上可以完全没有制造缺陷,是原始而纯净的!它的光学特性,可能远超我们现在的想象!”

这个想法大胆而充满颠覆性,让栗亚波一时间听得目瞪口呆。

好在他很快就回过神来,并意识到这个思路确实跳出了材料设计的传统框架,直指原子操控的核心!

但构建原子阵列的难度极大,至少目前还没有一种成功率很高的操作方式。

因此,不太可能直接验证常浩南猜想的可行性。

只有反过来。

“也就是说,我们现在要证明,样品的不稳定是源于原子层面的缺陷?”

“没错,正是关键!”常浩南对着屏幕上的模糊电镜图点了两下,“最好能直接看见那些更不稳定的样品里,原子排布更乱,缺陷更多,而相对稳定的则缺陷更少。只是现在的透射电镜结果,还无法满足这一点。”

TEM本来就无法表征游离态原子,并且成像结果也是投射在二维平面上的,很难满足如此苛刻且奇特的要求。

两人陷入了短暂的沉默。实验室里只有仪器低沉的嗡鸣。

“或许……原子探针层析技术(APT)?”常浩南突然开口,打破了寂静,“它能保留单个原子的成分和位置信息!亚波,你之前做过APT表征吗?”

至少最近几期报告里,他不记得有APT相关结果。

“只对早期的几批样品做过……APT成本太高,耗时长,而且它只给原子的三维位置和成分,没有晶格结构信息,对我们之前的研究帮助不大。”栗亚波挠了挠头,“好在数据还都存着。”

“快,调出来!”常浩南立刻下令,“和同一样品的透射电镜结果对比着看!”

数据被迅速调出,两个窗口并排显示:左边是APT输出的原子位置三维点云图,色彩斑斓代表不同元素;右边是同一样品区域的透射电镜图像。

两人屏息凝视,试图将两幅图景进行叠加。

然而,失望很快袭来。

APT的点云图在三维空间上存在明显的局部扭曲和拉伸,与透射电镜图像中显示的晶格结构无法严丝合缝地互洽。

“畸变太严重了,”栗亚波皱眉,“完全对不上……就算选择几个归零点勉强做一下拉伸,结果也会完全失去可靠性。”

房间里再次安静下来。

“要不……试试用算法校正APT数据……试着拟合一下?”

栗亚波满怀希冀地看向旁边的常浩南。

在他眼中,自家老板在算法领域的能力堪称一绝,曾经无数次化腐朽为神奇。

然而这一次,常浩南却摇了摇头:

“难……两种设备不同,样品制备工艺不同,测量顺序也不同……四维坐标系都不一样,事后校正就像隔山打牛,误差只会越纠越大……”

说到这里,他突然顿住。

很快,一个新的念头破茧而出!

“除非……”常浩南深吸一口气,“除非能把透射电镜和原子探针,集成到一台设备里……”

“啊?”

栗亚波也不是显微结构表征领域的专家,听见这个提议直接就是一个发懵。

“在透射电镜下完成高分辨结构成像后,原位,就在同一个样品、同一个位置、同一个坐标系下,直接进行原子探针层析。”常浩南在屏幕上比划着,“这样就能用TEM清晰的晶格图像作为地图,去校正APT三维重构的局部畸变,输出一个空间完美匹配的叠加结果!”

栗亚波已经习惯了这种知识流过大脑皮层的感觉,他很快忽略了自己不懂的细节部分,快速思考着技术路径的可行性:

“但工程上……”他面露难色,“咱们实验室现有的TEM和APT都是进口的……国产TEM刚起步,就那么几个型号,分辨率也不够顶尖,至于三维原子探针……国内根本还没有商品化型号,上哪去定制这样一台超级设备?”

显微结构表征领域的四大巨头有三个来自北美,一个来自日本。

因此,尽管瓦森纳协议早在十几年前就名存实亡,但华夏方面一直以来也只能拿到产品,却很难触及到核心技术,研究起步也相对较晚。

“设备不是问题!”常浩南斩钉截铁,“虽然负折射材料的研究本身是绝密,但这台设备其实没那么敏感……”


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