打造科技創新“搖籃” 探訪懷柔科學城

　　俯瞰位于懷柔科學城的高能同步輻射光源，這是國家重大科技基礎設施之一。懷柔科學城供圖

　　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

　　中國科學院空天信息創新研究院行波管工藝技術負責人劉泳良介紹高溫真空釬焊爐的用途。左翰嫡 攝

懷柔科學城立柱。懷柔科學城供圖

遠眺懷柔科學城起步區。懷柔科學城供圖

　　16個科技設施平臺面向全球開放共享，累計開放機時超過143萬小時；4個大科學裝置通過國家驗收并正式運行……今年以來，懷柔科學城建設邁出新步伐。這座橫跨懷柔、密云兩區的基礎科學“搖籃”，是北京建設國際科技創新中心“三城一區”主平臺之一，也是全球重大科技基礎設施密度最高的地區之一。建設國際科技創新中心，是以習近平同志為核心的黨中央賦予北京的光榮使命和重大責任。近日，記者走進懷柔科學城，探尋其堅持“四個面向”的戰略導向，持續“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2.6萬人

　　從位于懷柔科學城起步區的材料基因組研究平臺五層向遠處眺望，綜合極端條件實驗裝置、先進光源技術研發與測試平臺等一系列科學設施集群盡收眼底。“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設施之一，占地面積相當于90個足球場大小，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。”懷柔科學城工作人員告訴記者。

　　據介紹，懷柔科學城主要聚焦戰略性、前瞻性基礎研究，其發展目標是到2050年全面建成與國家戰略需要相匹配的世界級原始創新承載區和引領世界科學方向的科學高地。

　　“懷柔科學城已經進入以運行為主的新階段。”懷柔科學城工作人員說，當前，重大科技基礎設施集群正加速形成，包括高能同步輻射光源在內的“十三五”時期29個設施平臺全部進入科研狀態，“十四五”時期新布局的8個設施平臺已全部開工建設。

　　城市框架加速形成的同時，懷柔科學城內的科學家數量也逐步攀升。記者了解到，目前，在懷科研人員共2.6萬人。其中，諾獎級科學家33名，兩院院士86名，“全球高被引科學家”39名。為建設好科學家的“一生之城”，全方位滿足科研、辦公、生活等需求，懷柔科學城提供多層次多元化住房保障，加快構建“八橫五縱”城市主干路，建設500千伏供電系統，同時，著力打造優質便捷的教育醫療體系，構建高品質的文化服務供給機制。

　　“作為懷柔科學城的重要配套項目，城市客廳由A、B、C三區組成，定位為面向科學家的國際化公共服務中心、懷柔科學城的對外展示樣板、科學研究與科技產業的活力中心。”懷柔科學城工作人員介紹，城市客廳項目涵蓋科研實驗、孵化辦公、科技服務、配套酒店、人才公寓、商業配套、文化設施等功能，并結合公共綠地規劃“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。

　　在基礎設施、服務體系等強有力“后盾”的支撐下，近年來，懷柔科學城基礎研究不斷產出重大成果。“例如，中國科學院高能物理研究所研制的高品質因數超導腔，它的面世使我國高品質因數超導加速器技術走在了國際前沿。此外，中國科學院國家空間科學中心研制的國際首臺全季節觀測陣列式大口徑激光雷達，在高功率脈沖激光技術信號靈敏度方面也達到了國際領先水平。”懷柔科學城工作人員說。

　　著眼基礎研究，突破關鍵核心技術51項，產出重大科技成果386項

　　在懷柔科學城的核心區域，坐落著占地面積12.6畝的輕元素量子材料交叉平臺。走進大廳，玻璃展示柜中擺放著銅基石墨烯復合線、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，這是現有技術下能做出的直徑最大的單層二硫化鉬薄膜，主要應用在激光器領域。

　　“懷柔科學城圍繞物質、空間、生命、地球系統、信息和智能五大科學方向，聚焦新材料、空間探索、干細胞與再生醫學等細分領域，已布局37個科技設施平臺，包含14個交叉研究平臺，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，由于質量輕而具有獨特的優勢，有望突破傳統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的輕元素材料，實現對量子物性的精準測量、調控及相關器件研發，在顛覆性材料和技術的探索以及相關量子現象在信息、能源、環境、生物等領域的應用挖掘方面發揮作用。

　　從2020年開工建設，到2023年安排科研設備進場安裝調試，再到2024年完成設備工藝和性能驗收，王異楠介紹，在“邊建設、邊運行、邊研究”的節奏下，平臺已經形成了量子材料設計與預測、量子材料精確制備、量子物性精準探測與調控、量子器件加工與測試等四個分工明確又相輔相成的部門，實現從基礎研究到應用技術、從應用技術向產業轉化的跨越。

　　談及材料制備方面的重要原創性科研成果，相關工作人員告訴記者，平臺的研究成果已經連續兩年被列入中關村論壇10項重大科技成果，“其中，王恩哥院士、劉開輝教授團隊提出新的光學晶體理論并應用輕元素材料氮化硼首次制備出超薄高能效光學晶體‘轉角菱方氮化硼’，為新一代激光技術奠定了理論和材料基礎，有望讓激光器的尺寸縮小至微米級；劉開輝教授團隊的研究成果‘晶格傳質—界面生長’晶體制備新范式，顛覆了傳統晶體的平面生長模式，通過連續‘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，因而在今年的中關村論壇上入選‘面向世界科技前沿’板塊。”

　　此外，在成果轉化方面，輕元素量子材料交叉平臺與國內公司合作完成了自研qPlus（品質因子增強）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口的局面，為輕元素量子材料的原子尺度表征提供了關鍵支撐。

　　“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責人江穎教授介紹，借助這臺掃描探針顯微鏡，我國科學家在世界范圍內首次看清冰表面結構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，該項成果已經成功轉化上市，半年內便順利接到一批訂單，取得了可觀的銷售額。”王異楠說。

　　據介紹，截至目前，懷柔科學城已突破關鍵核心技術51項，產出重大科技成果386項，發表高水平學術論文465篇，服務在懷高校、院所落地成果轉化項目131個。在懷創新主體榮獲2023年度國家科學技術獎13項、北京市科學技術獎26項。

　　響應重大任務需求，集聚20余家國家科研機構，科技創新生態持續完善

　　2014年，劉泳良隨中國科學院電子學研究所從中關村“搬家”到懷柔園區，成為最早一批入駐懷柔科學城的科研人員之一。如今，他成為了中國科學院空天信息創新研究院的行波管工藝技術負責人。

　　作為國家戰略科技力量的組成部分，國家實驗室、國家科研機構、新型研發機構、高水平研究型大學、科技領軍企業等齊聚懷柔，其中國家科研機構已達到20余家。隨著懷柔科學城的持續發展，目前，中國科學院相關科研力量已全面進駐，與此同時，中國科學院大學已有約1.6萬名師生入駐，科技創新生態持續完善。

　　“中國科學院空天信息創新研究院在中國科學院電子學研究所、遙感與數字地球研究所、光電研究院的基礎上整合組建，主業有兩塊，一是合成孔徑雷達及信號處理，二是微波放大器，從這兩大板塊又衍生出探月雷達、機載雷達、探地雷達等領域。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，集結了中國科學院各個院所的骨干力量，響應國家的重大任務需求。”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，卻是衛星的“心臟”。作為衛星發射機上的核心部件，行波管像一個喇叭一樣，起到將信號放大數萬倍后再下發的作用，衛星上光學相機、遙感相機等科學儀器的各種數據，都是通過行波管傳輸返回的。“行波管的技術水平和生產質量直接關系到國家航天事業的發展和安全，從90年代起，國家開始大力支持行波管的國產化研發。”劉泳良說。

　　據介紹，行波管由電子槍、輸入輸能窗、慢波系統、聚焦系統、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，到高頻結構前端時，與微波場開始相互作用，電子的能量緩慢交換給微波，實現微波功率的放大，電子剩余的能量則由后面的收集極回收，從而提升整個器件的效率。目前，空天院的行波管研究已經形成了從學科建設到研究設計再到產品制造的完整鏈條。

　　“懷柔科學城配備了統一的動力中心，可滿足入駐院所、企業的潔凈間和超凈水處理、特氣供應等需求。同時，聚焦原始創新、成果轉化和中試生產，努力適配產業需求。”懷柔科學城工作人員告訴記者。

　　在參觀行波管生產線時，記者了解到，一支空間行波管的制造，要經過上百道工序。劉泳良介紹，行波管的工藝流程有幾個特點，一是涉及的材料種類多、性能要求高；二是結構復雜、工序多；三是采用的工藝技術十分廣泛，“制造涉及的材料涵蓋金屬、陶瓷、高分子材料等近50種，需要具備高強度、低膨脹系數、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。”

　　“以焊接為例，做汽車需要用到的工藝我們基本都用到了，但因為我們的材料大多是特種材料，所以很多時候要在借鑒現有工藝的基礎上開展進一步的研發摸索。”劉泳良說。

　　盡管攻關難度極大，但行波管在載人航天等重大科技工程中發揮著重要作用，其研制水平也是一個國家在物理電子學領域基礎能力的象征。在懷柔科學城里，包括行波管在內的一批面向國家重大需求的項目正在加速推進研發，力爭早日取得進一步突破。

　　科技創新是實現民族復興的強大驅動力。當前，以懷柔科學城為代表的創新高地加速建設，一批世界一流重大科技基礎設施相繼涌現，必將為推動構建新發展格局、實現高質量發展注入新動力。（記者 左翰嫡）