俯瞰位于懷柔科學(xué)城的高能同步輻射光源，這是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。懷柔科學(xué)城供圖

　　輕元素量子材料交叉平臺陳列的大尺寸單晶銅箔等材料。左翰嫡 攝

　　中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院行波管工藝技術(shù)負(fù)責(zé)人劉泳良介紹高溫真空釬焊爐的用途。左翰嫡 攝

懷柔科學(xué)城立柱。懷柔科學(xué)城供圖

遠(yuǎn)眺懷柔科學(xué)城起步區(qū)。懷柔科學(xué)城供圖

　　16個(gè)科技設(shè)施平臺面向全球開放共享，累計(jì)開放機(jī)時(shí)超過143萬小時(shí)；4個(gè)大科學(xué)裝置通過國家驗(yàn)收并正式運(yùn)行……今年以來，懷柔科學(xué)城建設(shè)邁出新步伐。這座橫跨懷柔、密云兩區(qū)的基礎(chǔ)科學(xué)“搖籃”，是北京建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心“三城一區(qū)”主平臺之一，也是全球重大科技基礎(chǔ)設(shè)施密度最高的地區(qū)之一。建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央賦予北京的光榮使命和重大責(zé)任。近日，記者走進(jìn)懷柔科學(xué)城，探尋其堅(jiān)持“四個(gè)面向”的戰(zhàn)略導(dǎo)向，持續(xù)“聚人氣、聚科研氣”的成效。

　　城市框架加速形成，在懷科研人員達(dá)2.6萬人

　　從位于懷柔科學(xué)城起步區(qū)的材料基因組研究平臺五層向遠(yuǎn)處眺望，綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置、先進(jìn)光源技術(shù)研發(fā)與測試平臺等一系列科學(xué)設(shè)施集群盡收眼底。“位于正北方向、外形酷似放大鏡的高能同步輻射光源，是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，占地面積相當(dāng)于90個(gè)足球場大小，建成后將是世界上最亮的第四代同步輻射光源，其亮度要比太陽光亮一萬億倍。”懷柔科學(xué)城工作人員告訴記者。

　　據(jù)介紹，懷柔科學(xué)城主要聚焦戰(zhàn)略性、前瞻性基礎(chǔ)研究，其發(fā)展目標(biāo)是到2050年全面建成與國家戰(zhàn)略需要相匹配的世界級原始創(chuàng)新承載區(qū)和引領(lǐng)世界科學(xué)方向的科學(xué)高地。

　　“懷柔科學(xué)城已經(jīng)進(jìn)入以運(yùn)行為主的新階段。”懷柔科學(xué)城工作人員說，當(dāng)前，重大科技基礎(chǔ)設(shè)施集群正加速形成，包括高能同步輻射光源在內(nèi)的“十三五”時(shí)期29個(gè)設(shè)施平臺全部進(jìn)入科研狀態(tài)，“十四五”時(shí)期新布局的8個(gè)設(shè)施平臺已全部開工建設(shè)。

　　城市框架加速形成的同時(shí)，懷柔科學(xué)城內(nèi)的科學(xué)家數(shù)量也逐步攀升。記者了解到，目前，在懷科研人員共2.6萬人。其中，諾獎(jiǎng)級科學(xué)家33名，兩院院士86名，“全球高被引科學(xué)家”39名。為建設(shè)好科學(xué)家的“一生之城”，全方位滿足科研、辦公、生活等需求，懷柔科學(xué)城提供多層次多元化住房保障，加快構(gòu)建“八橫五縱”城市主干路，建設(shè)500千伏供電系統(tǒng)，同時(shí)，著力打造優(yōu)質(zhì)便捷的教育醫(yī)療體系，構(gòu)建高品質(zhì)的文化服務(wù)供給機(jī)制。

　　“作為懷柔科學(xué)城的重要配套項(xiàng)目，城市客廳由A、B、C三區(qū)組成，定位為面向科學(xué)家的國際化公共服務(wù)中心、懷柔科學(xué)城的對外展示樣板、科學(xué)研究與科技產(chǎn)業(yè)的活力中心。”懷柔科學(xué)城工作人員介紹，城市客廳項(xiàng)目涵蓋科研實(shí)驗(yàn)、孵化辦公、科技服務(wù)、配套酒店、人才公寓、商業(yè)配套、文化設(shè)施等功能，并結(jié)合公共綠地規(guī)劃“城市公共活力公園”，旨在打造以人為本、功能多元、開放共享、充滿活力的公共空間。

　　在基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)體系等強(qiáng)有力“后盾”的支撐下，近年來，懷柔科學(xué)城基礎(chǔ)研究不斷產(chǎn)出重大成果。“例如，中國科學(xué)院高能物理研究所研制的高品質(zhì)因數(shù)超導(dǎo)腔，它的面世使我國高品質(zhì)因數(shù)超導(dǎo)加速器技術(shù)走在了國際前沿。此外，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研制的國際首臺全季節(jié)觀測陣列式大口徑激光雷達(dá)，在高功率脈沖激光技術(shù)信號靈敏度方面也達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。”懷柔科學(xué)城工作人員說。

　　著眼基礎(chǔ)研究，突破關(guān)鍵核心技術(shù)51項(xiàng)，產(chǎn)出重大科技成果386項(xiàng)

　　在懷柔科學(xué)城的核心區(qū)域，坐落著占地面積12.6畝的輕元素量子材料交叉平臺。走進(jìn)大廳，玻璃展示柜中擺放著銅基石墨烯復(fù)合線、大尺寸單晶銅箔、6N高純銅顆粒等一系列尖端材料。其中，一款圓形透明的12英寸單層二硫化鉬薄膜格外引人注目，平臺工作人員王異楠告訴記者，這是現(xiàn)有技術(shù)下能做出的直徑最大的單層二硫化鉬薄膜，主要應(yīng)用在激光器領(lǐng)域。

　　“懷柔科學(xué)城圍繞物質(zhì)、空間、生命、地球系統(tǒng)、信息和智能五大科學(xué)方向，聚焦新材料、空間探索、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)等細(xì)分領(lǐng)域，已布局37個(gè)科技設(shè)施平臺，包含14個(gè)交叉研究平臺，輕元素量子材料交叉平臺正是其中之一。”懷柔科學(xué)城工作人員介紹。

　　“輕元素是指處于元素周期表前三行的元素，由于質(zhì)量輕而具有獨(dú)特的優(yōu)勢，有望突破傳統(tǒng)量子材料脆弱性瓶頸，在室溫和常壓下就可以保持物性的穩(wěn)定。”王異楠說，平臺的主要研究方向是探索基于新奇量子效應(yīng)的輕元素材料，實(shí)現(xiàn)對量子物性的精準(zhǔn)測量、調(diào)控及相關(guān)器件研發(fā)，在顛覆性材料和技術(shù)的探索以及相關(guān)量子現(xiàn)象在信息、能源、環(huán)境、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用挖掘方面發(fā)揮作用。

　　從2020年開工建設(shè)，到2023年安排科研設(shè)備進(jìn)場安裝調(diào)試，再到2024年完成設(shè)備工藝和性能驗(yàn)收，王異楠介紹，在“邊建設(shè)、邊運(yùn)行、邊研究”的節(jié)奏下，平臺已經(jīng)形成了量子材料設(shè)計(jì)與預(yù)測、量子材料精確制備、量子物性精準(zhǔn)探測與調(diào)控、量子器件加工與測試等四個(gè)分工明確又相輔相成的部門，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用技術(shù)、從應(yīng)用技術(shù)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的跨越。

　　談及材料制備方面的重要原創(chuàng)性科研成果，相關(guān)工作人員告訴記者，平臺的研究成果已經(jīng)連續(xù)兩年被列入中關(guān)村論壇10項(xiàng)重大科技成果，“其中，王恩哥院士、劉開輝教授團(tuán)隊(duì)提出新的光學(xué)晶體理論并應(yīng)用輕元素材料氮化硼首次制備出超薄高能效光學(xué)晶體‘轉(zhuǎn)角菱方氮化硼’，為新一代激光技術(shù)奠定了理論和材料基礎(chǔ)，有望讓激光器的尺寸縮小至微米級；劉開輝教授團(tuán)隊(duì)的研究成果‘晶格傳質(zhì)—界面生長’晶體制備新范式，顛覆了傳統(tǒng)晶體的平面生長模式，通過連續(xù)‘抬起’形成層，使晶體像‘頂竹筍’一樣向上生長，有利于下一代高性能電子與光子芯片的研發(fā)，因而在今年的中關(guān)村論壇上入選‘面向世界科技前沿’板塊。”

　　此外，在成果轉(zhuǎn)化方面，輕元素量子材料交叉平臺與國內(nèi)公司合作完成了自研qPlus（品質(zhì)因子增強(qiáng)）型掃描探針顯微鏡，它是目前空間分辨率最高的掃描探針顯微鏡，打破了我國掃描探針顯微鏡長期依賴進(jìn)口的局面，為輕元素量子材料的原子尺度表征提供了關(guān)鍵支撐。

　　“它不是靠光線成像，而是用一根很尖銳的探針去掃描表面，通過針尖與表面間的相互作用，來提取表面的原子信號。”輕元素量子材料交叉平臺負(fù)責(zé)人江穎教授介紹，借助這臺掃描探針顯微鏡，我國科學(xué)家在世界范圍內(nèi)首次看清冰表面結(jié)構(gòu)并定位到了最小的原子——氫原子，將冰和水的研究推向了原子級的微觀尺度。

　　“目前，該項(xiàng)成果已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化上市，半年內(nèi)便順利接到一批訂單，取得了可觀的銷售額。”王異楠說。

　　據(jù)介紹，截至目前，懷柔科學(xué)城已突破關(guān)鍵核心技術(shù)51項(xiàng)，產(chǎn)出重大科技成果386項(xiàng)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文465篇，服務(wù)在懷高校、院所落地成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目131個(gè)。在懷創(chuàng)新主體榮獲2023年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)13項(xiàng)、北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)26項(xiàng)。

　　響應(yīng)重大任務(wù)需求，集聚20余家國家科研機(jī)構(gòu)，科技創(chuàng)新生態(tài)持續(xù)完善

　　2014年，劉泳良隨中國科學(xué)院電子學(xué)研究所從中關(guān)村“搬家”到懷柔園區(qū)，成為最早一批入駐懷柔科學(xué)城的科研人員之一。如今，他成為了中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院的行波管工藝技術(shù)負(fù)責(zé)人。

　　作為國家戰(zhàn)略科技力量的組成部分，國家實(shí)驗(yàn)室、國家科研機(jī)構(gòu)、新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、高水平研究型大學(xué)、科技領(lǐng)軍企業(yè)等齊聚懷柔，其中國家科研機(jī)構(gòu)已達(dá)到20余家。隨著懷柔科學(xué)城的持續(xù)發(fā)展，目前，中國科學(xué)院相關(guān)科研力量已全面進(jìn)駐，與此同時(shí)，中國科學(xué)院大學(xué)已有約1.6萬名師生入駐，科技創(chuàng)新生態(tài)持續(xù)完善。

　　“中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院在中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、遙感與數(shù)字地球研究所、光電研究院的基礎(chǔ)上整合組建，主業(yè)有兩塊，一是合成孔徑雷達(dá)及信號處理，二是微波放大器，從這兩大板塊又衍生出探月雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、探地雷達(dá)等領(lǐng)域。具體到我們電子所，從1956年成立以來，一直是從事空間行波管的研究，集結(jié)了中國科學(xué)院各個(gè)院所的骨干力量，響應(yīng)國家的重大任務(wù)需求。”劉泳良告訴記者。

　　一支小臂大小、重量不到1公斤的空間行波管，卻是衛(wèi)星的“心臟”。作為衛(wèi)星發(fā)射機(jī)上的核心部件，行波管像一個(gè)喇叭一樣，起到將信號放大數(shù)萬倍后再下發(fā)的作用，衛(wèi)星上光學(xué)相機(jī)、遙感相機(jī)等科學(xué)儀器的各種數(shù)據(jù)，都是通過行波管傳輸返回的。“行波管的技術(shù)水平和生產(chǎn)質(zhì)量直接關(guān)系到國家航天事業(yè)的發(fā)展和安全，從90年代起，國家開始大力支持行波管的國產(chǎn)化研發(fā)。”劉泳良說。

　　據(jù)介紹，行波管由電子槍、輸入輸能窗、慢波系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)、輸出輸能窗、收集極等部分組成，是典型的真空器件。其原理是由電子槍將電子聚束成一定形狀并加速，到高頻結(jié)構(gòu)前端時(shí)，與微波場開始相互作用，電子的能量緩慢交換給微波，實(shí)現(xiàn)微波功率的放大，電子剩余的能量則由后面的收集極回收，從而提升整個(gè)器件的效率。目前，空天院的行波管研究已經(jīng)形成了從學(xué)科建設(shè)到研究設(shè)計(jì)再到產(chǎn)品制造的完整鏈條。

　　“懷柔科學(xué)城配備了統(tǒng)一的動力中心，可滿足入駐院所、企業(yè)的潔凈間和超凈水處理、特氣供應(yīng)等需求。同時(shí)，聚焦原始創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化和中試生產(chǎn)，努力適配產(chǎn)業(yè)需求。”懷柔科學(xué)城工作人員告訴記者。

　　在參觀行波管生產(chǎn)線時(shí)，記者了解到，一支空間行波管的制造，要經(jīng)過上百道工序。劉泳良介紹，行波管的工藝流程有幾個(gè)特點(diǎn)，一是涉及的材料種類多、性能要求高；二是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工序多；三是采用的工藝技術(shù)十分廣泛，“制造涉及的材料涵蓋金屬、陶瓷、高分子材料等近50種，需要具備高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、良好的熱性能等特性，各工序之間串行、并行相互交織，并且采用了材料制備、零件加工、表面處理、焊接、真空獲得與測量等一系列工藝技術(shù)。”

　　“以焊接為例，做汽車需要用到的工藝我們基本都用到了，但因?yàn)槲覀兊牟牧洗蠖嗍翘胤N材料，所以很多時(shí)候要在借鑒現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的研發(fā)摸索。”劉泳良說。

　　盡管攻關(guān)難度極大，但行波管在載人航天等重大科技工程中發(fā)揮著重要作用，其研制水平也是一個(gè)國家在物理電子學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)能力的象征。在懷柔科學(xué)城里，包括行波管在內(nèi)的一批面向國家重大需求的項(xiàng)目正在加速推進(jìn)研發(fā)，力爭早日取得進(jìn)一步突破。

　　科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的強(qiáng)大驅(qū)動力。當(dāng)前，以懷柔科學(xué)城為代表的創(chuàng)新高地加速建設(shè)，一批世界一流重大科技基礎(chǔ)設(shè)施相繼涌現(xiàn)，必將為推動構(gòu)建新發(fā)展格局、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展注入新動力。（記者 左翰嫡）