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

　　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。010。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。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