代表委员,北大核磁中心维权始末

作者:365bet体育在线手机版    发布时间:2020-01-06 07:28    浏览::

电子在纳米结构中的传输是一个千军万马过独木桥的过程,而我们找出了一条绿色通道。复旦大学物理学系教授修发贤这样介绍他的最新研究成果。

高端仪器被垄断 科学家如何应对

马化腾

在纳米尺寸的导体中运动着的电子若找不到宽敞的通路,相互撞击,四处碰壁,就会使导体发热,产生能量损耗。寻找超高导电材料是解决此类问题的一把钥匙。

北大核磁中心一台950兆赫的核磁共振仪器正在工作。甘晓摄

丁奎岭

复旦大学物理学系修发贤课题组近日在砷化铌纳米带中观测到其表面态具有超高电导率,这也是目前二维体系中的最高电导率,其低电子散射几率的机制源自外尔半金属特有的电子结构。

■本报记者 甘晓 实习生 尚琼洁

张震宇

3月19日,相关研究成果以长文形式在线发表于《自然-材料》。

在我国,核磁共振、电镜、液相色谱质谱联用等高端科研仪器市场被国外厂商垄断已是不争的事实。受整体制造业水平影响,国内科研工作在未来一段时期内,依然将高度依赖进口高性能仪器设备。

孙东明

正如实心的管子不能通水,空心的管子允许水流过,如果材料中有大量可以参与导电的自由电子,则称为导体。单位时间内通过单位面积的电子数量,决定了材料导电性的好坏。

除了在长期战略上继续加强高端科研仪器研发和生产,当科学家作为消费者遭遇被垄断的种种问题时,应该采取怎样的策略?

编者按

铜、金和银是现行应用最广泛的优良导体。其中,铜已经大规模用于晶体管的互连导线。但遗憾的是,当这些材料变得很薄,进入二维尺度时,电子的散射明显增多,其运动方向容易发生大角度偏折,导电性将迅速变差。

过去4个月里,因供应商恶劣的售后服务,北京大学北京核磁共振中心联合全国几十家核磁用户发起一场维权活动。在国际消费者权益日前夕,本文详细梳理了这一事件,以期为读者遭遇类似情况提供解决当务之急的借鉴。

下一步,我们要把科技成果转化这件事当成重点。3月11日,在十三届全国人大二次会议的记者会上,科技部部长王志刚重申科技成果转化是习近平总书记提出的科技三个面向的应有之义,是必须做好的一门课。

信息时代,计算机和智能设备体积越来越小,同时信号传输量爆炸式增长,芯片中上千万细如发丝的晶体管互连导线运送压力随之加大,电流从输入端进入芯片时,相当于千军万马从大草原一下子上了独木桥,如果电子在独木桥上有巨大耗散,芯片运行时就会剧烈发热,影响运行状态。修发贤说,这一定程度上制约着信息领域的进一步发展。

失超之后

从国家修订《促进科技成果转化法》,到各地出台与之相适应的条例,再到部门和单位出台促进科技成果转化的实施细则,政策效果已经显现,这体现在今年政府工作报告中技术合同成交额增长30%以上,表明活力得到初步释放。

不用排队,也不会拥挤,有没有一种办法让大量电子在这些纳米级互连导线中顺畅高速通行?如果能构建一条绿色通道就好了!

在位于北京大学西门内的北京核磁共振中心地下一层实验室里,10台总价值约2亿元人民币的核磁共振波谱仪正在满负荷运行,这里是全国拥有这类仪器数量最多、规模最大的实验室。

然而,国内高校院所科技成果转化率不高的问题依然突出,在打通科技创新价值链最后一公里的实际探索中,依然有不少需要跨越的坎。

一般来说,增加导电性无非有两种办法,一是把电子变多,二是让电子跑得快些,然而,这两者很难同时实现。但在外尔半金属砷化铌纳米带的表面,不可思议的事情发生了,修发贤课题组基于拓扑表面态的低散射率机制,实现了百倍于金属铜薄膜和千倍于石墨烯的导电性,这是目前二维体系中最好的。

几个月前,2018年12月5日深夜,在没有人使用和操作仪器的情况下,白雾从一台800兆赫兹谱仪的液氦充填口中喷出,发出了尖锐的响声谱仪发生了快失超。

科技成果的转化,一端连接着高校院所,一端连接着企业。如何让科技成果转化之路越走越畅通,牵动着成果的拥有者和承接者这两大主体的心。在两会上,来自学术界、企业界的代表委员,纷纷就如何促进科技成果转化这一命题,提出了切中肯綮的建议。《中国科学报》通过采访和梳理,将他们的真知灼见选登如下,以供分享。

砷化铌其实是物理学家们的老朋友了,近几年作为第一批发现的外尔半金属被广泛研究,但以往成果都止步于肉眼可见的高维度体材料,其低维状态下的物理性质研究迟迟未有涉及。纳米材料的制备是要过的第一道难关。

这是核磁共振波谱仪发生的一种严重故障。这类仪器的工作原理基于物理学用合金导线绕成螺线管线圈,在满足超导条件下,通过电流产生稳定的静磁场。而要实现超导,则必须保证螺线管处在接近绝对零度的温度下,并用液氦、液氮逐层保护。

■本报记者 赵广立 沈春蕾

铌的熔点很高,砷的熔点又特别低,要把这两种材料融在一起非常难。高温加热蒸不出来,半年后,研究人员改变硬碰硬的思路,用氯化铌和氢气的化学反应作为铌的来源,再与砷结合。气体流量有多大?温度有多少?是不是需要催化剂?又经过一年多的反复试验,纳米结构终于长出来了。

静磁场是仪器正常工作的基本条件。如果发生故障导致线圈温度上升,会造成超导现象消失,线圈中的电流随热损耗降低,磁场强度下降乃至消失,核磁谱仪无法正常工作,这类故障就叫做失超。

受访嘉宾

宽约几微米,长约几十微米,厚度在纳米级别,在指甲盖大小的氧化硅衬底上,分布着百万个比头发丝还要细的纳米晶体。课题组从0到1制备出了高质量样品,这本身已是一项创举。

失超发生时,产生磁场的电流会进一步使得线圈温度升高,导致谱仪中的液氦和液氦因快速蒸发而喷出。谱仪的失超又分为快失超和慢失超。慢失超一般过程较长,可以及时补救;而快失超发生在较短的时间内,一般较难逆转。

全国政协委员、中国科学院院士丁奎岭

《自然-材料》的审稿人对样品质量给出了高度评价:用于制备砷化铌纳米带的方法是有趣的、创新的,这是拓扑材料领域的一项非常及时的工作。他们生长出了一些非常好的样品。

故障发生后,北大核磁中心随即联系仪器制造商布鲁克公司,要求其在调查清楚仪器失超原因后,尽快提供解决方案。但是,布鲁克公司中国区售后人员的答复却是先付费再升场,闭口不谈造成失超的原因。

全国政协委员、河南省政协副主席张震宇

在成功制备砷化铌纳米带之后,修发贤团队还不满足,决意攀登更高的山峰:进一步观察和发现材料特性。研究人员发现,制备出的新材料有着惊人的高导电率,材料本身既具有很高浓度的电子又具备超高的迁移率。

布鲁克的工程师提出,让我们先付23万元人工费,他们再去准备液氦。该中心首席科学家金长文回忆,也就是说如果没成功,我们这几十万就白花了。

全国人大代表、腾讯董事会主席兼首席执行官马化腾

修发贤介绍,砷化铌纳米带的高电导率要归功于其表面与众不同的电子结构具有拓扑保护的表面态,拓扑保护的表面态的概念可以这样理解,就像是家里用的瓷碗外表面镀了一层金,瓷碗本身不导电,但表面这一层金膜导电。更神奇的是,如果存在拓扑保护,这层金膜被磨掉之后,下面就会自动再出现一层金膜,重新形成导电层。这就是一种由物质本身的电子结构决定的拓扑表面态。

他当即否决了这个方案,并限定对方在一星期内解决这个问题。

全国人大代表、中国科学院金属研究所研究员孙东明

那么如何得知这种表面态导致了高的电导率呢?研究人员运用了测量低温量子震荡的测试方法,证明了来自费米弧表面态的电子贡献了大部分的电导率,与低温霍尔器件的测量方法相比对,可以获取这些电子的浓度和迁移率。修发贤告诉《中国科学报》,砷化铌中的这种费米弧表面态具备低散射率的特性,即使在较高电子浓度的情况下,体系仍然保持低散射几率。这样就能确保大部分电子都沿一个方向运动,让电子传输的效率大大提高。

虽然你们的机器已经过了保修期,但我们会对这台机器的问题负责,不用担心布鲁克方面的答复空泛而缺乏实质性进展,让金长文深感失望。

关于原始创新:须多元化投入

和常规的量子现象不同,费米弧这一特性即使在室温仍然有效。这一发现为材料科学寻找高性能导体提供了一个可行思路。利用这种特殊的电子结构,可以在提高电子数量的同时,降低电子散射,从而实现优异的导电特性,这在降低电子器件能耗等方面有潜在应用。

就是一种敷衍。这也是该中心主任夏斌的内心感受。

代表委员们认为,基础科学研究是创新的基础和原动力,因此急需充分发挥社会各界力量,将国际压力转化为创新动力,大胆迈进科学研究的无人区与创新体制改革的深水区。

据悉,复旦大学物理学系教授修发贤为通讯作者,复旦大学物理学系博士生张成为第一作者,复旦大学物理学系本科生倪卓亮、中科院强磁场科学中心副研究员张警蕾、复旦大学物理学系博士生袁翔为共同第一作者。研究工作由复旦大学、中国科学院强磁场科学中心、南京大学、加州大学戴维斯分校、昆士兰大学、北京工业大学、苏黎世联邦理工学院、爱尔兰三一学院等多家单位合作完成,其中南京大学万贤纲教授和加州大学戴维斯分校Sergey Savrasov教授提供了重要的理论支持。

作为一家初创于德国的高端分析仪器制造商,布鲁克公司在历经核磁共振部门BioSpin于2008年在美国上市、最大竞争对手安捷伦公司于2014年退出核磁市场后,成为全球高端核磁仪器最具优势的供应商。

丁奎岭:要持续加强基础研究和应用基础研究投入,强化原始创新能力,加强关键核心技术攻关。建议国家进一步增加研究与发展经费中基础研究投入的比例,包括基金委、中科院、教育部的基础研究投入比例,提升有价值知识产权的有效供给。

相关论文信息:DOI:10.1038/s41563-019-0320-9

一家独大的垄断局面让售后服务部门成为公司逐利的发动机。

马化腾:我国基础科研领域的投入相对偏少,仍以政府资金为主,缺乏社会力量投入,因此,建议从国家层面推动基础科学研究投入多元化。要积极研究并加快出台具体政策措施,落实基础科学研究多元化投入机制。通过加大税收优惠力度等手段,鼓励企业、社会团体、公益基金、个人等在内的多元化社会资本,投入基础科学研究领域,成为以政府来源为主的科研资金的灵活、有益补充。

10多天过去了,失超报修事件未取得进展。北大核磁中心不能接受布鲁克公司这种不负责任的态度,我们必须要做些什么。金长文和夏斌认为。

关于无效专利:

北大核磁中心拥有的10台核磁仪器全部购买自布鲁克公司,是这家公司在中国乃至全世界的VIP客户。在全国众多核磁用户中,也只有他们才有和供应商较劲的可能。

严把立项、评审关