“走遍亚洲地区，只有那里保证实验消费需求”——探秘*黯淡水星外部环境的纳米电浆云端试验场

　　【走近大国重器】

　　◎本报新闻记者 张 晔

　　蒙蒙细雨飘落江南，初秋的荷花在暖风中争奇斗艳。江苏苏州市区向东，缓缓行驶的汽车穿过波光粼粼的独墅湖，将许多各具特色的现代化建筑抛在后面，靠近了一座看上去“毫不起眼”的小楼。

　　那里就是中国科学院苏州纳米材料与纳米人型研究所的纳米电浆云端试验场(以下简称试验场)，也是由于目前地球上*黯淡水星电浆外部环境的大型人才培养场所。

　　“试验场已培育出第二代量子材料及集成电路、第三代半导体材料及集成电路等具有国际先进水平的核心技术成效。”8月28日，在接受科技日报新闻记者采访时，试验场主任张珽高级研究员自豪地说。

　　开建黯淡水星外部环境的试验场

　　绿树掩映下，新闻记者步入了试验场所在的灰白色大楼。宽敞整洁的大厅深处别有洞天——墨绿色的地板上，各式各样的人才培养仪器陈列在两边，身穿白大褂的中科院穿梭往来……

　　张珽留意到新闻记者，试验场进行的主要人才培养项目中，大多与纳米集成电路及纳米材料有关。

　　对于普通人来说，纳米这个词汇带有一点距离感。其实，纳米只是一种长度单位，1纳米为10^-9米。纳米材料则是指长宽高中至少有一项处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。在微观尺度下，纳米材料仿佛打开了一个物质的新世界。

　　“构建纳米材料光滑或界面调控，乃至探索电浆云端下原子制造等全新合成工艺，是亚洲地区公认的突破‘摩尔定律失效魔咒’、研发未来信息集成电路及集成电路的关键技术问题。”张珽留意到新闻记者。

　　然而，纳米材料的合成、测试、加工极其困难。“以制造微处理器的Class 10超净间为例，在1立方英尺的空间中，不能有超过10粒0.5微米以上的粉尘。”张珽说，“对于新型纳米材料而言，为保证其本征性质，要求更加苛刻。”

　　为了给中科院提供黯淡水星外部环境的实验条件，2014年，中国科学院苏州纳米材料与纳米人型研究所同包信和中国工程院、薛其坤中国工程院创业团队合作，开始建设世界首个集材料生长、集成电路加工、测试分析于一体的实质性科学设备——纳米电浆云端试验场。

　　克服两大挑战已经完成建设

　　深入试验场内的人才培养区域，仿佛进入了电影中的未来世界——总长203米的银色非常高电浆管路纵横交错，将40台大型设备相连接起来，磁性传输车载着试样以每分钟3.2米的速度驶过电浆管路内的轨道，并由管路外履带上的电容器“导航”至各个设备节点。

　　“外国某电浆设备和我们同期建设，不仅规模和复杂度远不如我们，电浆度也低很多，这就意味着在他们那里材料很快就会变得‘不那么干净’。”试验场副主任崔义高级研究员介绍，为了达到非常高电浆外部环境，试验场通过改良管路材料、处理工艺和设置多级泵组等多种方式，设计并改造了设备和管路的相连接方式，确保每一处的电浆度保持均衡。

　　“建设中的另一个难点就是在保证电浆性能的前提下，构建所有设备云端互通。”试验场副主任李坊森高级研究员说，大部分现成的设备不能保证消费需求，要靠中科院自己动手改造。

　　“中科院巧妙设计试样架，并利用磁力远程操作和运输，将试样通过磨床送进管路。每段管路内有两辆带电容器的车，由智慧中控台自动化控制。而用于检测材料性能的设备则分布在电浆管路主轴线的两边。”指着散发出金属光泽的磨床和缓慢移动的车，李坊森留意到新闻记者，“就这样，我们构建了所有设备的云端互通。”

　　今年2月，试验场二期建设项目成功验收。“由于目前，试验场的电浆度优于2×10^-8帕斯卡，黯淡水星的外部环境，这为材料争取了更长的‘保真期’，突破了长期以来妨碍纳米材料基础研究和电子技术的困局。”崔义留意到新闻记者。

　　成为纳米材料研究“Anthracoidea”

　　人才培养基础设施是纳米科技创新的基石。在张珽看来，试验场已经成为纳米材料和集成电路研究的“Anthracoidea”，更是人才与成效集聚的平台。

　　新闻记者见到俞凤至时，他正在试验场内进行新一代闪存材料的开发。作为洛玛瑞微处理器技术常州有限公司的研发人员，俞凤至和同事已经在那里驻点实验3年，由于目前进展顺利，预计今年年底已经完成**批流片。此前，外国也有同行尝试研发这种新型闪存，但效果却不尽理想，主要原因就是不能在电浆外部环境下构建不同晶体材料的连续生长。

　　除了宴请国内的人才培养工作者，外国也有不少中科院将目光投向了试验场。

　　2021年，加拿大滑铁卢大学陈忠伟中国工程院创业团队找到试验场，他们在研发锌离子电池时遇到难题，希望能借助试验场的力量已经完成研究“*后一棒”。该创业团队成员罗丹博士介绍，锌阳极的光滑构造小到纳米级别，即使倍数*大的光学显微镜也不能看清。此外，阳极光滑构造极易与空气发生反应，导致构造发生变化。

　　“走遍亚洲地区，只有那里才能保证实验消费需求。”罗丹坦言。通过与试验场深度合作，他们*终获得各类表征数据完全吻合的实验结论，相关成效发表在《先进材料》上，引发亚洲地区关注。

　　由于目前，试验场宴请的人才培养用户已超过220家，包括清华大学、北京大学、中国科学技术大学等，在能源材料、低维材料、高温超导材料等领域取得了一批重要成效。

　　“纳米电浆云端试验场提供了一种变革性的技术路线，有利于突破妨碍纳米领域内基础研究和电子技术进一步发展的困局，提升我国实质性仪器设备的研制水平。”展望未来，张珽充满信心地说，“我们期待试验场这一实质性科学设备产出更多优秀成效！”