国内首台！上海工程师研制出纳米级装置，让中国科学家不必赴欧美做相关实验

　　首届＂上海杰出工程师＂选树活动近日揭晓，上海科技大学副研究员王美晓博士榜上有名，获得＂上海杰出工程师（青年）＂称号。
　　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，带领团队建成国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先进装置的发展中国家。
　　如今，他正在参与我国迄今为止投资最大、建设周期最长的重大科技基础设施项目，为上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）设计物质电子结构（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结构，研究量子材料和量子器件，为新一代芯片材料、高性能量子计算机的开发奠定基础。
　　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使用这个实验站，取得了重要科研进展。在开放运行不到一年时间里，实验站已经在国际知名科技期刊上发表多篇论文。
　　纳米角分辨光电子能谱装置
　　作为实验站工程项目负责人，王美晓堪称＂幕后英雄＂。在上海交大攻读博士期间，他在贾金锋教授指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特殊费米子。为捕获这种粒子，全球物理学家追踪了80多年。贾金锋团队利用巧妙的实验设计，率先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。相关论文2012年发表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，使用美国先进光源（ALS）的角分辨光电子能谱装置（ARPES）做实验。当时，我国没有如此先进的大科学装置，做这种实验要向欧美科研机构申请。获得ALS管理机构批准后，王美晓感到很幸运，但也心生感慨：如果我国也有先进的ARPES装置，中国科学家做电子结构实验就不会有障碍了。
　　或许是命运的安排，这位青年科学家获得博士学位后，在应聘上海科技大学时接到了一项任务——研制国内首台纳米角分辨光电子能谱装置。与微米级ARPES相比，这种装置可以将光斑缩小到几百纳米的尺寸，探测到更微观的电子结构。任务虽然艰巨，但正契合了王美晓读博期间萌生的心愿，所以他欣然应允。
　　角色转换，也能评高级职称
　　2015年—2018年初，他带领团队研制出NanoARPES测试实验站。在此基础上，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＂，厚度不足200纳米，要将它安全地固定在光路上难度非常大。为此，他与机械专家等工程师多次讨论，最终确定了一个方案，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，王美晓觉得，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损失，但另一方面，他用工程科技成果填补了国内空白，让很多中国科研人员不必申请使用国外的装置，在上海张江即可利用最先进的装置探索微观世界奥秘。
　　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（副高级职称）。＂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吃亏？评上副研究员后，学校给我吃了定心丸。＂王美晓告诉记者，＂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（正高级职称），说明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，众多科研人员正在张江科学城建设上海硬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
　　自由电子激光是以自由电子为工作介质产生的强相干辐射，也是世界上最先进的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、完全相干性等特点。目前，全球规模最大、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干光源Ⅱ。SHINE的规模与它们相当，性能上各有千秋。
　　在这个大科学装置工程项目中，王美晓担任物质电子结构（SES）实验站的系统负责人。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意见。
　　＂这个实验站建成后，可以开展多维度的物质电子结构探测，不但有像NanoARPES实验站这样的实空间维度探测，还可以开展时间、自旋分辨等其他维度的探测，功能非常强大。＂这位上海杰出青年工程师的话中，透着对未来＂科研神器＂的憧憬。
　　栏目主编：黄海华