世界首台便携式原子荧光光谱仪问世

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技术动态：世界首台便携式原子荧光光谱仪问世
发布时间: 2013-11-22     来源: 中国制药设备网

　　北京市科委组织专家对瑞利公司承担的便携式原子荧光光谱仪研制课题进行了验收。该课题实现了高度集成低功耗进样系统、微型低功耗原子化系统、四象限对光技术、微型光电检测系统、固体酸技术以及无线通讯技术等十余项关键技术的重大突破，成功研制出世界上首台便携式原子荧光光谱仪。

　　便携式原子荧光光谱仪体积仅为0.03立方米，质量10千克，分别为传统原子荧光光谱仪的1/5和1/20，可直接应用于食品安全、环保和水文等领域的重金属污染应急监测。

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量子反常霍尔效应，对普通人来说，拗口而晦涩。但在物理学家眼中，它“神奇”又“美妙”。因为它的发现可能带来下一次信息技术革命。采用这种技术设计集成电路和元器件，千亿次的超级计算机有望做成平板电脑那么大，智能手机的内存可能会提高上千倍。

首次从实验中观测到量子反常霍尔效应后，清华大学副校长薛其坤院士和他的团队受到外界广泛关注。

“我们正在努力提高观测量子反常霍尔效应这一物理现象的温度。希望能从原来的零下273摄氏度提升至零下269摄氏度。”薛其坤在接受科技日报记者采访时表示。半年多来，他们一直在为量子反常霍尔效应进一步深入研究和应用奋斗着。薛其坤说：“零下269摄氏度是氦气的液化温度，是一个标志性温度。比如医院的CT工作时就是这个温度。如果能实现这一目标，将为应用打下良好的基础。”

今年3月15日，薛其坤团队的研究成果在线发表于美国《科学》杂志。4月12日，该杂志正式发表这一论文，其“展望”栏目还刊登了题为《完整的量子霍尔家族三重奏》的评论文章。文章表示，中国科学家“证实了期待已久的量子反常霍尔效应的存在，这是量子霍尔家族的最后一位成员”。

凝聚态物理中，量子霍尔效应占据着极其重要的地位。整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的实验发现分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。

要想了解量子反常霍尔效应，必须先认识量子霍尔效应。比如我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定轨道，相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自跑道上“一往无前”。“这就好比一辆跑车，常态下是在拥挤的农贸市场路上行驶，而在量子霍尔效应下，则可以在互不干扰的高速路上前进。”薛其坤打了个形象的比方。

但是量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，“相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机”，薛其坤说，量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。

从美国物理学家霍尔丹1988年提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，到我国科学家为这一预言画上完美句号，中间经过了20多年。课题组成员、中科院物理所副研究员何珂告诉记者：“量子反常霍尔效应实现非常困难，需要精准的材料设计、制备与调控。尽管多年来各国科学家提出几种不同的实现途径，但所需的材料和结构非常难以制备，因此在实验上进展缓慢。”

“这就如同要求一个运动员同时具有刘翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的灵巧度。在实际的材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度，而要同时满足这三点对实验物理学家来讲是一个巨大的挑战。”课题组成员、清华大学教授王亚愚这样描述实验对材料要求的苛刻程度。


薛其坤团队经过近4年研究，生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi,Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。

对于外界的关注，薛其坤说：“国家越来越重视基础科学研究，我们备受鼓舞。任何一个现象从原理性的发现走到应用，都需要不同领域的科学家和工业界的共同努力。”至于何时能把超级计算机变成平板电脑大小，薛其坤严谨地表示：“这在原理上是可实现的，但需要温度和材料方面都要有重大突破。量子反常霍尔效应的应用潜力非常大，但是将来能不能走向应用，什么时候能应用，是很难预期的。也可能会出现一个意想不到的、更重要的应用。我们将与更多人合作将这个领域研究成果发扬光大，推动它向着应用方向发展。”

小李飞刀

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