幾小時後,當天深夜。
常浩南俯身在一臺精密的原位光學測量設備前,透過觀察窗,緊盯着內部激光干涉儀投射出的光斑變化。
慄亞波則在一旁操作着電腦,屏幕上實時繪製着材料折射率隨激光波長變化的曲線。
“老師您看,12A-03號樣品現在表現出的負折射率窗口非常清晰,就在這個近紅外波段。”慄亞波指着屏幕上陡然下探到負值區域的曲線。
常浩南微微點頭,但表情中的喜悅卻轉瞬即逝:“其他幾個呢?”
“12A-01和12A-04都失敗了,沒有出現負區。12A-02剛開始有微弱負值,但很快就消失了……”慄亞波快速切換着數據流,“12A-05和12A-03出現的時間差不多,但波動情況很不樂觀……”
如同慄亞波報告的那樣,六份剛完成強磁場極化處理的金屬基薄膜樣品,只有四份暫時顯現了負折射現象。
而其中三份,如同被戳破的氣泡,在幾分鐘內,屏幕上的負折射信號便劇烈波動,最終徹底消失,曲線迴歸到平庸的正值區域。
只有一份樣品,編號A3,其負折射特性頑強地維持着,雖然強度也在緩慢衰減。
“三十分鐘了,A-3還在堅持,這已經是我們近期最好的結果之一。”慄亞波摘掉眼鏡,揉了揉鼻樑兩側。
他的聲音帶着些許疲憊,但更多還是無奈。“我們試過重複磁化失效的樣品,每次結果……就像是在抽籤。”
“結果沒有可重複性,是吧?”
常浩南知道負折射率材料的研製絕非一日之功,也不是自己前一階段的工作重點,但每個月的例行報告他還是全都認真看過的。
“是啊……”慄亞波在電腦上打開了一個文件夾,裡面是以樣品編號命名的、密密麻麻的一大片數據文件。
鼠標滾輪滾動好幾次都翻不到底。
“從接手這個項目以來,我總共做過九百多次有效測試,其中只有兩次維持到了七天,當然最終還是失效了。”他嘆了口氣,“更麻煩的問題是,每次結束後的具體結果都不相同,上一次成功表現出負折射特性的樣品,很可能到了下一次試驗就轉化失敗,有時候想分析都無從下手。”
“把那些失敗和相對穩定的樣品,所有的透射電鏡(TEM)表徵結果調出來。”常浩南站起身,簡單活動了一下身體,“對比一下這兩類樣品的區別。”
慄亞波迅速操作電腦,打開了幾個成像文件。
常浩南湊上前來,想要看看微觀結構的差異。
但其中大約一半圖像都並不清晰,很難看出什麼有價值的東西。
“成像效果確實不太理想。”慄亞波主動解釋道,“其實那些最不穩定的樣品,在做完原位折射率測量後,特性就基本已經沒了,根本沒機會做TEM……我們能做的,都是相對堅持久一點的。”
屏幕上快速閃過一張張高分辨TEM圖像,顯示着材料內部人工誘導出的、具有特定週期性的晶格結構。
常浩南飛速瀏覽,眉頭緊鎖。
圖像分辨率雖高,但那些真正遊離、未定域的原子或電子,在靜態的TEM圖像中如同隱形,無法捕捉到它們動態的缺陷或排列的瑕疵。
他想要觀察的“缺陷”對比,在現有的表徵結果裡則幾乎不存在。
“老師,您是不是有了新的思路?”
慄亞波敏銳地察覺到了常浩南那正在涌動的思緒。
“嗯……”常浩南點點頭,“剛纔在辦公室的時候我說過,人工誘導週期性晶格的思路類似在沙灘上搭積木,一陣風就倒。”
慄亞波一臉認同:“確實如此,包括最開始從那臺發動機上取下來的樣本,也在大約二十天後徹底失去了特性。”
“那麼。”常浩南的語氣興奮起來,“爲什麼我們不換一種思路?爲什麼不讓材料自己組織起來?”
“自己組織?”
慄亞波疑惑地重複。
“對!”常浩南從旁邊扯過一張紙,“利用光場本身!用特定波長、特定模式、足夠強的相干光去‘驅動’材料中的原子或電子!不是我們人爲地給它們設定晶格位置,而是讓它們在光場的作用下,通過相互作用,自發地、集體地調整自己的狀態,形成一個動態的、穩定的、與光場共振的超晶格!”
一邊說着,一邊還在紙上畫出了幾個光子激發的示意圖:
“想想玻色-愛因斯坦凝聚!想想超流態!那都是粒子在低溫下‘集體行動’的宏觀量子現象!”
他的思路越來越清晰,語速也越來越快:
“能不能在特定的材料體系裡,在光場的指揮下,誘導出某種類似的……光學超流態?讓原子不再各自爲戰,而是作爲一個整體,對光做出響應?這樣形成的介質,理論上可以完全沒有製造缺陷,是原始而純淨的!它的光學特性,可能遠超我們現在的想象!”
這個想法大膽而充滿顛覆性,讓慄亞波一時間聽得目瞪口呆。好在他很快就回過神來,並意識到這個思路確實跳出了材料設計的傳統框架,直指原子操控的核心!
但構建原子陣列的難度極大,至少目前還沒有一種成功率很高的操作方式。
因此,不太可能直接驗證常浩南猜想的可行性。
只有反過來。
“也就是說,我們現在要證明,樣品的不穩定是源於原子層面的缺陷?”
“沒錯,正是關鍵!”常浩南對着屏幕上的模糊電鏡圖點了兩下,“最好能直接看見那些更不穩定的樣品裡,原子排布更亂,缺陷更多,而相對穩定的則缺陷更少。只是現在的透射電鏡結果,還無法滿足這一點。”
TEM本來就無法表徵遊離態原子,並且成像結果也是投射在二維平面上的,很難滿足如此苛刻且奇特的要求。
兩人陷入了短暫的沉默。實驗室裡只有儀器低沉的嗡鳴。
“或許……原子探針層析技術(APT)?”常浩南突然開口,打破了寂靜,“它能保留單個原子的成分和位置信息!亞波,你之前做過APT表徵嗎?”
至少最近幾期報告裡,他不記得有APT相關結果。
“只對早期的幾批樣品做過……APT成本太高,耗時長,而且它只給原子的三維位置和成分,沒有晶格結構信息,對我們之前的研究幫助不大。”慄亞波撓了撓頭,“好在數據還都存着。”
“快,調出來!”常浩南立刻下令,“和同一樣品的透射電鏡結果對比着看!”
數據被迅速調出,兩個窗口並排顯示:左邊是APT輸出的原子位置三維點雲圖,色彩斑斕代表不同元素;右邊是同一樣品區域的透射電鏡圖像。
兩人屏息凝視,試圖將兩幅圖景進行迭加。
然而,失望很快襲來。
APT的點雲圖在三維空間上存在明顯的局部扭曲和拉伸,與透射電鏡圖像中顯示的晶格結構無法嚴絲合縫地互洽。
“畸變太嚴重了,”慄亞波皺眉,“完全對不上……就算選擇幾個歸零點勉強做一下拉伸,結果也會完全失去可靠性。”
房間裡再次安靜下來。
“要不……試試用算法校正APT數據……試着擬合一下?”
慄亞波滿懷希冀地看向旁邊的常浩南。
在他眼中,自家老闆在算法領域的能力堪稱一絕,曾經無數次化腐朽爲神奇。
然而這一次,常浩南卻搖了搖頭:
“難……兩種設備不同,樣品製備工藝不同,測量順序也不同……四維座標系都不一樣,事後校正就像隔山打牛,誤差只會越糾越大……”
說到這裡,他突然頓住。
很快,一個新的念頭破繭而出!
“除非……”常浩南深吸一口氣,“除非能把透射電鏡和原子探針,集成到一臺設備裡……”
“啊?”
慄亞波也不是顯微結構表徵領域的專家,聽見這個提議直接就是一個發懵。
“在透射電鏡下完成高分辨結構成像後,原位,就在同一個樣品、同一個位置、同一個座標系下,直接進行原子探針層析。”常浩南在屏幕上比劃着,“這樣就能用TEM清晰的晶格圖像作爲地圖,去校正APT三維重構的局部畸變,輸出一個空間完美匹配的迭加結果!”
慄亞波已經習慣了這種知識流過大腦皮層的感覺,他很快忽略了自己不懂的細節部分,快速思考着技術路徑的可行性:
“但工程上……”他面露難色,“咱們實驗室現有的TEM和APT都是進口的……國產TEM剛起步,就那麼幾個型號,分辨率也不夠頂尖,至於三維原子探針……國內根本還沒有商品化型號,上哪去定製這樣一臺超級設備?”
顯微結構表徵領域的四大巨頭有三個來自北美,一個來自日本。
因此,儘管瓦森納協議早在十幾年前就名存實亡,但華夏方面一直以來也只能拿到產品,卻很難觸及到核心技術,研究起步也相對較晚。
“設備不是問題!”常浩南斬釘截鐵,“雖然負折射材料的研究本身是絕密,但這臺設備其實沒那麼敏感……”