在近日舉行的首屆“大走廊杯”中國杭州博士后科創(chuàng)精英賽總決賽中，杭州師范大學(xué)物理學(xué)院楊澤超教授團(tuán)隊帶來的項目“高時空分辨變溫掃描隧道顯微鏡的研發(fā)與制造”從來自美國、英國、德國等13個海外國家和北上廣深等30余個城市的300多個青年博士后團(tuán)隊中脫穎而出，得到不少科研人員和投資者的關(guān)注。
首屆“大走廊杯”中國杭州博士后科創(chuàng)精英賽總決賽現(xiàn)場
要實現(xiàn)彎道超車、跨越發(fā)展，科學(xué)研究就要更具前瞻性
一位創(chuàng)投公司高級投資總監(jiān)表示:“我很看好這個項目，覺得這個產(chǎn)品應(yīng)用范圍很廣，而且有較高的技術(shù)壁壘，他們把分辨率做到了原子級。同時，此儀器還能對原子的運(yùn)動過程進(jìn)行毫秒級的實時捕捉?！?/span>
物理學(xué)院楊澤超教授
據(jù)悉，掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一種空間分辨率可以達(dá)到原子量級的微觀探測工具，它能使人類直接地觀察到物質(zhì)表面的單個原子及其排列狀態(tài)，并且能夠研究其相關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，因此在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
楊澤超介紹，表面納米結(jié)構(gòu)在不同溫度條件下表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)性質(zhì)，而掃描隧道顯微鏡因具有原子分辨率實空間成像能力，尤其適合用來研究這類材料的表面物性。但同時表面結(jié)構(gòu)動力學(xué)過程通常發(fā)生在毫秒或微秒的時間尺度。因此，在變溫條件下工作的同時具有高時間分辨率的掃描隧道顯微鏡已經(jīng)成為世界上很多研究小組的研究項目。
“目前基于超高真空環(huán)境的掃描隧道顯微鏡已經(jīng)高度商品化，尤其是德國和日本公司的產(chǎn)品占據(jù)市場的統(tǒng)治地位。但是兼具高時空分辨的變溫快速掃描隧道顯微鏡國內(nèi)外尚未出現(xiàn)成熟商品化產(chǎn)品?！睏顫沙闇?zhǔn)了這個空白， 2016年在德國馬普學(xué)會弗里茨-哈伯研究所開展博士后研究工作時，將精力和重心放在高時空分辨變溫掃描隧道顯微鏡的研發(fā)與制造上。他說，要實現(xiàn)彎道超車、跨越發(fā)展，科學(xué)研究就要更具前瞻性。
“光搭建這個顯微鏡設(shè)備就花了2年時間，如果算上前期研發(fā)設(shè)計，總共花了6年。我們每周工作70個小時以上，無論酷暑還是嚴(yán)寒，我們都堅守在實驗室內(nèi)，緊盯測試過程，餓了就幾頓并作一頓，累了就趴在桌子上休息?！被貞浧鹧邪l(fā)歷程，作為團(tuán)隊核心成員的楊澤超非常感慨，“六年磨一劍，不僅要坐得住冷板凳，還要有不懼困難的勇氣。下一步我們將繼續(xù)優(yōu)化儀器的軟硬件設(shè)計，提高儀器操作的便捷性?！?/span>
個人價值和國家需要相結(jié)合，是很有成就感的事
2021年，在德國求學(xué)生活已過十年的楊澤超，做出了一個決定，結(jié)束自己的海外生涯，正式歸國。他帶著“高時空分辨變溫掃描隧道顯微鏡的研發(fā)與制造”項目加入物理學(xué)院。
“我們不僅針對性解決了傳統(tǒng)掃描隧道顯微鏡在快速掃描時圖像畸變和快速慢速掃描不易切換等硬件方面的問題，而且自主研發(fā)的掃描頭和快速掃描控制系統(tǒng)，在保有原子分辨率的前提下可以達(dá)到120幀/秒的成像速率。可以系統(tǒng)地研究不同覆蓋度下氧原子在 Ru(0001) 表面的擴(kuò)散運(yùn)動機(jī)制。儀器的工作溫度范圍也擴(kuò)展到了（200-1000 K）。這套設(shè)備將成為研究納米材料‘時間-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)’構(gòu)效關(guān)系的理想科研儀器，為表面物理和化學(xué)的研究提供更多的實驗手段，在原位實時實空間研究表界面原子擴(kuò)散、薄膜材料生長和化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域均具有重要意義。” 楊澤超自豪地介紹道，“作為杭師大的老師，我不僅想讓這個項目在祖國落地，更想在我工作生活的杭州有所作為，能將個人價值和國家需要相結(jié)合，是很有成就感的事?！?/span>
目前楊澤超已將他研發(fā)的高時空分辨變溫掃描隧道顯微鏡放置在學(xué)校實驗室內(nèi)?！白鳛橐幻處?，除了基礎(chǔ)的教學(xué)，我也想通過自己研發(fā)掃描隧道顯微鏡的經(jīng)歷引導(dǎo)學(xué)生了解前沿的技術(shù)動態(tài)和趨勢，帶給學(xué)生更多的啟發(fā)。” 他動情地說，“物理學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，對于國家的現(xiàn)代化建設(shè)和產(chǎn)業(yè)升級具有重要的推動作用，我愿為培養(yǎng)這樣的基礎(chǔ)學(xué)科人才而繼續(xù)努力?！?/span>
