2019-11-21來源：中國科學(xué)報作者：張永紅

二期建設(shè)效果圖

近日，坐落在蘇州市工業(yè)園區(qū)的納米科技真空互聯(lián)綜合實(shí)驗(yàn)裝置（NANO-X）正式面向國內(nèi)外用戶開放。

NANO-X“身上”開創(chuàng)了多個“第一”：它是我國第一個基于真空互聯(lián)技術(shù)的納米科技大型實(shí)驗(yàn)裝置，也是目前全球范圍內(nèi)規(guī)模最大的納米科技實(shí)驗(yàn)裝置，同時它還是世界第一個按國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)在建的集材料生長、器件加工、測試分析為一體的納米領(lǐng)域大科學(xué)裝置。

我親身參與了NANO-X的建設(shè)歷程。關(guān)于NANO-X的籌建，在此記敘一二。

一期建設(shè)效果圖

從概念到落地

2011年，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（以下簡稱蘇州納米所）所長楊輝團(tuán)隊(duì)率先提出了納米真空互聯(lián)這個概念。在概念設(shè)計中，NANO-X由具有若干綜合功能的材料制備平臺、器件工藝平臺、測試分析平臺組成。各功能設(shè)備通過超高真空管道相互連接，以解決傳統(tǒng)超凈間模式中難以解決的塵埃、表面氧化和吸附等污染問題。

通過三年多的充分調(diào)研和論證，蘇州納米所基本明確了建設(shè)目標(biāo)，隨即2014年中科院、江蘇省、蘇州市、蘇州工業(yè)園區(qū)四方簽署共建協(xié)議，共同出資并由蘇州納米所承建NANO-X。至此，拉開了納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站概念設(shè)計與建設(shè)的序幕。

2015年對于NANO-X也非常關(guān)鍵，在這一年，NANO-X的整體設(shè)計方案得到細(xì)化，并且進(jìn)行了多輪、多角度、多方位的論證。在這一基礎(chǔ)上，2016年，各方聯(lián)動召開領(lǐng)導(dǎo)小組會議，推動NANO-X的實(shí)地建設(shè)；同年，為了加快NANO-X關(guān)鍵工藝的實(shí)現(xiàn)以及優(yōu)化論證設(shè)計，蘇州納米所先行建設(shè)了納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站小型驗(yàn)證系統(tǒng)。

這個小型驗(yàn)證系統(tǒng)對于NANO-X的建設(shè)至關(guān)重要，它承擔(dān)著NANO-X預(yù)研和理論驗(yàn)證的角色。最終建成的驗(yàn)證系統(tǒng)用46米超高真空管道連接了6臺設(shè)備，完成了從材料生長到工藝加工、再到測試分析的工藝路線，真正意義上實(shí)現(xiàn)了超高真空下的互聯(lián)實(shí)驗(yàn)。

角色使命完成之后，小型驗(yàn)證系統(tǒng)也沒閑置。此后的一年多，在小型驗(yàn)證系統(tǒng)上取得了不少好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也充分體現(xiàn)了真空互聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)越性以及必要性。

從驗(yàn)證到開門迎客

在小型驗(yàn)證系統(tǒng)之后，NANO-X很快上馬了。2018年4月，基建工作完成。在取名字的時候，我們給實(shí)驗(yàn)大廳取名為“上善苑”，討一個“上善若水”的彩頭，也與臻于至善的追求相融合。

2018年11月又是一個里程碑，我們完成了所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的搬遷，隨即進(jìn)行管道和設(shè)備調(diào)試以及互聯(lián)。這一切都是為了力爭以開放的先進(jìn)設(shè)備和優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)，支持匯聚于此的八方科研鴻儒。

今年6月，NANO-X通過一期項(xiàng)目總驗(yàn)收。驗(yàn)收專家對項(xiàng)目建設(shè)成果予以極大的肯定和支持，認(rèn)為該裝置已經(jīng)達(dá)到了工藝測試大綱要求，初步建成包括材料生長、關(guān)鍵器件工藝、準(zhǔn)原位表征分析技術(shù)在內(nèi)的研發(fā)平臺。在NANO-X二期建設(shè)期間，NANO-X就開始面向國內(nèi)外用戶試運(yùn)行。

目前，NANO-X一期已經(jīng)互聯(lián)對接了18臺（套）工藝設(shè)備系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)納米材料表面或界面調(diào)控，突破異質(zhì)材料集成難題。大家通過開展低維超導(dǎo)、能源、催化和寬禁帶半導(dǎo)體四大方向的研究，已經(jīng)取得了多項(xiàng)成果。

NANO-X二期也正按計劃順利進(jìn)行，并已獲得國家發(fā)展改革委批復(fù)。按照我們的設(shè)想，NANO-X二期將努力擴(kuò)大合作方向，如二維材料、量子芯片、分子半導(dǎo)體等。建成后，NANO-X將在一期能力的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，例如將開展低維量子材料與器件的研發(fā)、探索超導(dǎo)量子比特的全新制備工藝等。

此外，針對用戶服務(wù)，納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站也制定了部門的創(chuàng)新文化。目標(biāo)是建設(shè)國際領(lǐng)先的大科學(xué)用戶裝置，形成學(xué)科交叉、高端人才、科研創(chuàng)新三個高地，全力支持用戶做出好的成果。

NANO-X建設(shè)的更多意義

NANO-X從一個設(shè)想到建設(shè)至今，大家都有很多感慨。在接受蘇州電視臺采訪時，楊輝就發(fā)表過感言：“NANO-X開始就是一個設(shè)想，然后變成一張圖紙。五年前在國外作報告講這個東西的時候，大家就聽聽，覺得這種事哪這么容易做的。但是現(xiàn)在他們一看，‘哦，做起來了’，他們很吃驚。我覺得很欣慰?！?/p>

“有些事，在某些點(diǎn)上，已經(jīng)開始做出我們的特色，能夠做一些國外都沒有想的、實(shí)現(xiàn)不了的事，我覺得蠻好?！睏钶x說。

納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站的建設(shè)，其可貴之處還在于，吸引了一批遠(yuǎn)在海外的優(yōu)秀人才。

我舉一個例子。納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站平臺主任丁孫安研究員，畢業(yè)于清華大學(xué)電子工程系，后在中科院半導(dǎo)體所獲得物理學(xué)博士學(xué)位。2014年應(yīng)楊輝的邀請，義無反顧地辭去在美國英特爾公司的高薪工作，回到國內(nèi)開始一起創(chuàng)建現(xiàn)如今落成的世界級大科學(xué)裝置。

NANO-X的建成是振奮人心的，但也是艱難的。

在實(shí)驗(yàn)站真空管道工程和設(shè)備對接的總體規(guī)劃和工程建設(shè)方面，我們沒有任何可借鑒的資料，很多技術(shù)指標(biāo)無法確定。其中，真空實(shí)現(xiàn)和傳輸系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)站的核心關(guān)鍵問題，中轉(zhuǎn)過渡系統(tǒng)更是實(shí)現(xiàn)樣品輸運(yùn)的關(guān)鍵。我們僅憑網(wǎng)上找到的一個14秒的視頻資料，用了兩個多月的時間，就自主設(shè)計并建成了用于超高真空環(huán)境下的三維多層結(jié)構(gòu)的樣品傳輸系統(tǒng)，解決了整個工程的核心問題。這個問題的解決，確保了2017年成功搭建納米真空互聯(lián)管道示范線。

值得一提的是，NANO-X的建設(shè)具有非常重大的科學(xué)意義。

以往國內(nèi)進(jìn)行納米科技研究的平臺小而分散。納米材料在某個平臺上生長出來后，需要從真空中取出，到另一個平臺進(jìn)行測試分析，取出過程可能使納米材料特性受損。NANO-X正是為了解決納米科技研發(fā)中的這些關(guān)鍵共性難題而建設(shè)的。

作為重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，NANO-X將確立我國在納米領(lǐng)域從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開發(fā)的領(lǐng)先地位。利用真空互聯(lián)的技術(shù)優(yōu)勢，可以突破經(jīng)典物理問題研究的傳統(tǒng)模式，解決未來新興學(xué)科的重大科學(xué)問題。

此外，NANO-X平臺全面對外開放，能夠吸引不同領(lǐng)域的科學(xué)家和專業(yè)人員在同一平臺上，交叉融合、相互碰撞、協(xié)同創(chuàng)新。平臺的建成不僅可以形成一個國際頂尖納米科技人才的聚集高地，帶來很多新思想、新方法、新技術(shù)，而且可以大大提升我國重大儀器設(shè)備的研制水平，為國家戰(zhàn)略高技術(shù)提供重要支撐，并成為引領(lǐng)納米科技的重要基地。（作者系納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站平臺副主任）

責(zé)任編輯：王碩