Το πρώτο Κινεζικό "σούπερ εργαστήριο" διαθέσιμο στη παγκόσμια επιστημονική κοινότητα

Τι φαινόμενα μπορεί να αποκαλύψουν τα υλικά όταν εκτίθενται σε συνθήκες που προσομοιώνουν τα άκρα του σύμπαντος—υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες, μαγνητικά πεδία εκατοντάδες χιλιάδες φορές ισχυρότερα από της Γης και πίεση σχεδόν ίση με εκείνη στον πυρήνα του πλανήτη;

Η εγκατάσταση Synergetic Extreme Condition User Facility (SECUF), που βρίσκεται στην περιοχή Huairou του Πεκίνου, ανοίγει ένα νέο παράθυρο για τους επιστήμονες, επιτρέποντάς τους να μελετήσουν τα παράξενα φαινόμενα της ύλης υπό ακραίες συνθήκες. Έπειτα από την έναρξη κατασκευής τον Σεπτέμβριο του 2017, το SECUF πέρασε την εθνική επιθεώρηση αποδοχής την Τετάρτη, σηματοδοτώντας την ολοκλήρωση μιας διεθνώς προηγμένης πειραματικής εγκατάστασης που συνδυάζει ακραίες συνθήκες, όπως εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, εξαιρετικά υψηλή πίεση, ισχυρά μαγνητικά πεδία και υπερταχέα οπτικά πεδία.

Η εγκατάσταση, υπό την ηγεσία του Ινστιτούτου Φυσικής (IOP) της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, αποτελεί ένα σύμπλεγμα ακριβώς ελεγχόμενων «γεννητριών ακραίων συνθηκών». Ως ένα «σούπερ εργαστήριο» στην πρωτοπορία της επιστήμης των υλικών, επιτρέπει στους επιστήμονες να ερευνούν τα μυστήρια της ύλης και να αποκαλύπτουν νέα φαινόμενα ή νόμους που δεν είναι ορατοί υπό κανονικές συνθήκες. Το SECUF μπορεί να ψύξει υλικά σε μια εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία 1 millikelvin, δηλαδή 1.000 φορές χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του κοσμικού υποβάθρου. Επιπλέον, είναι ικανό να παράγει ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο 30 Tesla—600.000 φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο της Γης, σύμφωνα με τον επικεφαλής επιστήμονα της εγκατάστασης, Λβ Λι. Η εγκατάσταση μπορεί επίσης να φτάσει σε εξαιρετικά υψηλή πίεση 300 GPa, σχεδόν ίση με την πίεση στον πυρήνα της Γης. Επιπλέον, παράγει υπερταχείς παλμούς λέιζερ διάρκειας 100 attoseconds (ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου), επιτρέποντας την παρατήρηση της δυναμικής των ηλεκτρονίων σε πραγματικό χρόνο.

Υπό ακραίες συνθήκες, τα υλικά συχνά εμφανίζουν «μαγικές» συμπεριφορές. Για παράδειγμα, η υπεραγωγιμότητα—η κατάσταση κατά την οποία η ηλεκτρική αντίσταση εξαφανίζεται—παρατηρείται μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, ορισμένα κοινά υλικά μπορούν να μετατραπούν σε υπεραγωγούς υπό υψηλή πίεση. Βασιζόμενοι στο SECUF, οι επιστήμονες αναμένεται να ανακαλύψουν περισσότερα υπεραγώγιμα υλικά υπό υψηλή πίεση, και ενδεχομένως υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου—κάτι που θα έχει τεράστια σημασία για τη βελτίωση της ταχύτητας επεξεργασίας των υπολογιστών, σύμφωνα με τον Λβ. Τα ισχυρά μαγνητικά πεδία και τα υπερταχέα οπτικά πεδία επιτρέπουν στους επιστήμονες να εμβαθύνουν ακόμη περισσότερο στις μικροσκοπικές δομές και τις δυναμικές συμπεριφορές των υλικών.

Οι ακραίες συνθήκες στο SECUF μπορούν να συνδυαστούν ανάλογα με τις ανάγκες της έρευνας, επιτρέποντας προηγμένα πειράματα στη σύνθεση υλικών, τον κβαντικό έλεγχο και τη δυναμική υπερταχέων διεργασιών, προσφέροντας μια πρωτοφανή πειραματική πλατφόρμα για την επιστήμη των υλικών, τη φυσική και τη χημεία, σύμφωνα με τον Λβ.

Η ολοκλήρωση της εγκατάστασης έχει ενισχύσει σημαντικά τις συνολικές ερευνητικές δυνατότητες της Κίνας τόσο στη βασική όσο και στην εφαρμοσμένη επιστήμη των υλικών. Οι ερευνητές μπορούν πλέον να μελετούν μη συμβατική υπεραγωγιμότητα, τοπολογικές καταστάσεις της ύλης και νέα κβαντικά υλικά και συσκευές, δήλωσε ο Τσενγκ Τζινγκουάνγκ, αναπληρωτής διευθυντής του ΙΟΡ. Αυτή η πειραματική πλατφόρμα είναι ανοιχτή σε επιστήμονες από όλο τον κόσμο. Μέχρι στιγμής, 13 πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα από 10 χώρες, συμπεριλαμβανομένων της Δανίας, της Γερμανίας, της Γαλλίας και της Ιαπωνίας, έχουν ήδη πραγματοποιήσει πειράματα στο SECUF, με ορισμένους ερευνητικούς σταθμούς να έχουν ήδη αποφέρει επιστημονικά αποτελέσματα, ανέφερε ο Τσενγκ.

Οι επιστήμονες σχεδιάζουν να ενισχύσουν περαιτέρω τις δυνατότητες του SECUF, διατηρώντας το ταυτόχρονα ανοιχτό στην παγκόσμια ερευνητική κοινότητα, με στόχο να προσελκύσουν περισσότερους πρωτοπόρους σε αυτήν την «ακραία πρόκληση», αποκαλύπτοντας ανακαλύψεις που μπορούν να αλλάξουν την κατανόηση του ανθρώπου για τον υλικό κόσμο.