El mundo microscópico esconde otro universo, que resulta fascinante.
Los microscopios ópticos pueden observar células biológicas que son invisibles a simple vista. La invención del microscopio electrónico permitió a las personas ver mejor la estructura dentro de las células. Con el avance de la ciencia y la tecnología, la llegada del primer microscopio de efecto túnel (STM) marcó el comienzo de una era en la que los humanos pueden observar y manipular átomos directamente en el espacio real, abriendo otra puerta a la investigación científica.
Durante décadas, los científicos han seguido avanzando en este campo, contribuyendo a la madurez, diversificación, división del trabajo y especialización de los microscopios de efecto túnel. Hoy en día, la gente puede confiar en la tecnología de microscopía de sonda de barrido para observar, detectar y manipular el mundo microscópico en diversas disciplinas como la física de la materia condensada, la electrónica física, la biología, la electroquímica e incluso la aeronáutica.
El desarrollo de microscopios de sonda de barrido para diversas condiciones extremas siempre ha sido el foco de la investigación de los científicos. En condiciones extremas, como vacío ultraalto, baja temperatura y fuertes campos magnéticos, muchos materiales exhiben propiedades físicas muy extrañas, como la superconductividad, el efecto Hall cuántico y la transición de fase cuántica. Por lo tanto, construir un microscopio de sonda de barrido que pueda funcionar en condiciones extremas se ha convertido en el objetivo de muchos investigadores de todo el mundo. Debido a que hay tantos fenómenos físicos novedosos bajo fuertes campos magnéticos que pueden caracterizarse con microscopios de sonda de barrido, Lu Qingyu, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China e investigador del Centro de Alto Campo Magnético del Instituto Hefei de Física Ciencias, Academia de Ciencias de China, ha estado trabajando en esta dirección durante muchos años. Trabajó duro y logró muchos resultados de investigación científica líderes en el mundo con los miembros de su equipo.
La belleza de la física reside en su universalidad. Como disciplina basada en experimentos científicos, resume reglas experimentales y descubre misterios científicos a través de diferentes fenómenos físicos, y ha producido una serie de resultados de investigación científica de importancia universal.
Lu Qingyou vive en una familia científica. Después de graduarse de la universidad, su padre y su madre optaron por ingresar al campo de la investigación científica durante décadas, y han estado profundamente involucrados en la física, la química y otros campos de investigación. Influenciados por la fuerte atmósfera de investigación científica en casa, Lu Qingyou y su hermana menor, Lu Qingyi, también se embarcaron en el camino de la investigación científica, avanzando constantemente en el camino de esforzarse por producir más resultados de investigación científica.
Las empresas tecnológicas americanas siempre han estado en una posición de liderazgo en el mundo y están muy avanzadas en la gestión de la tecnología y otros aspectos. Cuando todavía era estudiante, Lu Qingyou había hecho un plan para su vida: después de recibir su doctorado, esperaba trabajar en una empresa de tecnología estadounidense durante cinco años para aprender cómo operan y gestionan las empresas estadounidenses de alta tecnología, cómo funciona la tecnología. Se desarrolló, cómo industrializarlo y luego mejorar los beneficios económicos del producto, y luego regresar a China para participar en la investigación científica y la transformación de logros.
En 2000, Lu Qingyou comenzó a trabajar como director técnico en Cypress Semiconductor Company en los Estados Unidos. Era una de las dos únicas personas de la empresa que tenía una visa de talento destacado O-1. Bajo la influencia del principio de investigación científica de la empresa de "trabajar duro y jugar duro", Lu Qingyu y los miembros del equipo de investigación nunca se relajaron ni por un momento en su trabajo. En su opinión, especialmente para el desarrollo de las mejores tecnologías y productos de investigación científica, en milisegundos se producirán en el mundo muchos resultados de investigación científica que están por delante de los suyos. Por lo tanto, dedicarse a la investigación científica requiere un sentido de urgencia y una conciencia de trabajar siempre duro e innovar constantemente. Mientras trabajaba en Cypress Semiconductor Company en los Estados Unidos, Lu Qingyu se dedicaba principalmente al desarrollo de procesos de circuitos integrados a muy gran escala, y en 2004 se convirtió en la persona a cargo del proyecto de 90 nanómetros más avanzado en ese momento. Bajo su liderazgo, el equipo de investigación desarrolló con éxito el primer producto de chip QDR-SRAM de 72 megabits del mundo a través de investigación y desarrollo continuos, lo que causó grandes repercusiones en el campo.
Basado en las necesidades del país, la investigación científica siempre ha sido la intención original de la investigación de Luxu. "Ya cuando estaba estudiando en el extranjero, decidí que debía regresar a China. No hay duda de esto", dijo Lu Qingyou.
A sus ojos, lo más significativo es sembrar los frutos de la investigación científica en la tierra de la patria.
Después de muchos años de investigación científica en el extranjero, Lu Qingyu rechazó la oferta de la empresa de un puesto más alto con una remuneración generosa y regresó resueltamente a China. En 2005, llegó al Instituto Nacional de Investigación de Microescala de la Universidad de Ciencias. y Tecnología de China. Después de llegar a esta plataforma, combinó su base de investigación anterior y centró su investigación en diversas condiciones extremas (temperaturas extremadamente bajas de helio 3 y refrigeradores de dilución), condiciones duras (imanes enfriados por agua e imanes híbridos con campos magnéticos súper fuertes), escaneo microscopía de túnel y campo magnético Hemos desarrollado microscopios y microscopios de fuerza atómica (AFM) de forma independiente y los hemos aplicado a la investigación multidisciplinaria de imágenes sobre física de la materia condensada, nanomateriales y biomoléculas y procesos químicos en soluciones activas, y hemos realizado una serie de estudios científicos innovadores. resultados de la investigación.
Si nos remontamos al origen, ya a principios de los años 1980, G. Binning y H. Rohrer, del laboratorio de IBM en Zurich, inventaron el microscopio de barrido de túneles (STM), cuya resolución alcanzaba los 0,1 nanómetros. El nacimiento de STM permitió a los humanos observar átomos individuales en el espacio real por primera vez y poder manipular átomos en un vacío ultraalto y temperaturas ultrabajas. Basándose en el microscopio de efecto túnel, los investigadores han desarrollado microscopios de fuerza atómica, microscopios de fuerza magnética, microscopios ópticos de campo cercano, etc. Estos microscopios se denominan colectivamente microscopios de sonda de barrido. Debido a que todos dependen de una punta de aguja extremadamente afilada para escanear sobre la superficie de la sustancia que se está estudiando, detectando y recopilando las diferentes interacciones entre la punta de la aguja y la muestra, obteniendo así imágenes morfológicas de alta resolución espacial de la superficie de la muestra y las conexiones eléctricas relacionadas. Propiedades ópticas y químicas. Por ejemplo, el microscopio de efecto túnel detecta la corriente de túnel y el microscopio de fuerza atómica detecta la fuerza de interacción entre átomos.
"Pero todos tienen defectos: tienen especial miedo a las vibraciones. Esperamos fabricar un microscopio con mejor rendimiento y esforzarnos por obtener mediciones precisas y sensibles a nivel atómico en diversas condiciones adversas". dicho. Hay diferentes ciclos del helio o ciclos del agua a temperaturas extremadamente bajas y campos magnéticos extremadamente altos, que hacen que todo el entorno vibre muy seriamente. Sin embargo, el microscopio de efecto túnel es muy sensible incluso a interferencias débiles como vibraciones y sonidos. Los dispositivos de aislamiento acústico y reducción de vibraciones imponen requisitos muy estrictos para garantizar un entorno de imagen "cuasiestático". "En este caso, debemos hacer todo lo posible para que el microscopio que desarrollamos sea más resistente a las vibraciones y aún así poder observar imágenes de resolución atómica de alta definición incluso en condiciones extremadamente duras. Sólo así podremos desarrollar nuestras ventajas técnicas únicas. " dijo.
Por lo general, si los científicos quieren obtener un entorno de campo magnético fuerte, optarán por convertir un material superconductor en una bobina y luego sumergirlo en helio líquido. El material estará en un estado superconductor con resistencia cero. . En este estado, generará un fuerte campo magnético a través de una gran corriente sin generar calor. Sin embargo, este campo magnético superconductor tiene un inconveniente importante, es decir, el campo magnético no es lo suficientemente fuerte, generalmente se apagará a 20 Tesla o. ligeramente más alto. No se puede agregar más.
En este caso, los científicos suelen optar por convertir el cobre y otros materiales en bobinas muy rígidas para obtener un campo magnético superfuerte de más de 30 Tesla. Sin embargo, esta bobina de cobre necesita pasar a través de un campo magnético superfuerte. El campo se puede generar con una corriente particularmente grande. Este tipo de bobina no tiene resistencia cero como los materiales superconductores. Genera un calor enorme, por lo que se utiliza un fuerte flujo de agua a alta presión para enfriarla, lo que a su vez provoca enormes vibraciones. En condiciones tan duras, el mundo no puede soportarlo. Pon cualquier microscopio con resolución atómica allí y míralo.
El equipo de Lu Qing Uranium ha estado comprometido durante mucho tiempo con la obtención de imágenes de resolución atómica en condiciones duras, como fuertes vibraciones y entornos de reacción gas-líquido, y finalmente logró "condiciones ultra duras para imanes fuertes refrigerados por agua" y "Condiciones duras para soluciones de reacción" "Imágenes de resolución atómica de alta definición en. Después de años de investigación, desarrollaron de forma independiente el primer STM de resolución atómica de campo magnético ultrafuerte con imán refrigerado por agua del mundo y obtuvieron imágenes de resolución atómica bajo un campo magnético ultrafuerte de 27T sin precedentes. Sobre esta base, también desarrollaron de forma independiente el primer STM de resolución atómica de campo magnético ultrafuerte de imán híbrido del mundo y obtuvieron imágenes de resolución atómica bajo un campo magnético ultrafuerte sin precedentes de más de 30T.
La investigación relevante ocupa una posición de liderazgo en el mundo.
Además, el equipo de Lu Qingyu también colocó STM de resolución atómica en algunas soluciones activas o químicamente reactivas para observar imágenes de resolución atómica en este estado, y logró un gran avance. Cuellos de botella de investigaciones anteriores, se obtuvieron imágenes de resolución atómica claras y estables. Se obtuvieron y se publicaron artículos relacionados.
Comercialmente, la mayoría de los equipos de microscopio de efecto túnel de barrido de campo magnético alto y baja temperatura existentes se basan en imanes superconductores húmedos (sumergidos en helio líquido) con vibración débil e interferencia de sonido, y sus desventajas se van reduciendo gradualmente. los equipos dependen en gran medida del suministro de helio líquido, que es cada vez más escaso y los costes operativos aumentan, superando incluso con creces el coste del propio imán; además, los espectros de microscopía de efecto túnel de muestras importantes suelen requerir días o incluso semanas de trabajo continuo; Procesamiento de mediciones estables, mientras que los superconductores húmedos suelen ser difíciles de mantener durante tanto tiempo seguido. La tendencia actual es pasar gradualmente de imanes superconductores húmedos que dependen del helio líquido para enfriar a imanes superconductores secos que utilizan refrigeradores de ciclo de helio (sistemas cerrados que no necesitan reponer helio líquido o helio gaseoso) para enfriar, y que se han utilizado en Se han aplicado muchos métodos de prueba (transporte, resonancia magnética nuclear, crecimiento de muestras, etc.), pero aún está en blanco en el campo de aplicación del microscopio de efecto túnel. Esto se debe principalmente a que los imanes superconductores secos producen vibraciones y acústicas súper fuertes. Ruido cuando trabajan.
En este contexto, a través de investigación y desarrollo continuos, el grupo de investigación de uranio de Lu desarrolló con éxito el primer microscopio de efecto túnel de barrido de resolución atómica enchufable del mundo adecuado para imanes superconductores secos. Los resultados de la investigación relevantes se publicaron en Ultramicroscopy, la revista más importante en el campo de la microscopía. Después de eso, firmaron un acuerdo a largo plazo con la famosa compañía británica Oxford Instruments mediante el establecimiento de la plataforma "Hefei Zhongke Micro Technology Co., Ltd. (www.CASmF.com)" y trabajaron arduamente para promover el proceso de comercialización. En la actualidad, muchos conjuntos de productos han superado la aceptación del cliente y tienen buenos resultados operativos.
El camino de investigación y exploración científica del equipo de Lu Qinguan nunca se detiene. En 2017, Lu Qingyu comenzó a desempeñarse como científico jefe del programa nacional clave de investigación y desarrollo "Propiedades físicas de alto rendimiento y caracterización estructural in situ basada en fuentes de luz de aceleradores". En este proyecto, combinaron la tecnología de microscopía de sonda de barrido con fuentes de luz avanzadas de acelerador de radiación sincrotrón y fuertes campos magnéticos para mejorar la resolución del microscopio óptico desde el nivel de micras hasta el nivel de nanómetros y permitirle operar en entornos de baja temperatura y fuertes campos magnéticos. Controlar los materiales y observar la estructura del dominio magnético. En la actualidad, no hay precedentes de este tipo de investigación en el mundo. Una vez que se publiquen los resultados, pueden generar resultados de investigación científica líderes en el mundo. Hoy, este proyecto avanza a paso firme.
La innovación es la misión de los científicos. En opinión de Lu Qingyu, la innovación es un hábito. Debería pensar en hacer todo de forma independiente en lugar de comprarlo. Debe considerar esto como su subconsciente de investigación, mejorar constantemente sus métodos y niveles de investigación y explorar a través de la innovación continua, científicos innovadores más independientes. se producirán los resultados de la investigación.
El equipo de Lu Qing Uranium siempre ha fabricado instrumentos líderes a nivel internacional. En su opinión, los instrumentos comerciales se producen en masa y es difícil incorporar en ellos ideas creativas de investigación científica y es imposible garantizar la excelencia de cada componente. Pero en el caso del equipo desarrollado por nosotros mismos, cada componente se puede seleccionar cuidadosamente y algunas ideas ingeniosas se pueden realizar a tiempo.
Habiendo estado comprometido con el camino de la investigación científica y la innovación durante muchos años, Lu Qingyu ha obtenido más de 30 patentes de invención nacionales publicadas como primer autor o autor correspondiente en Science, Nature Materials, Nature Communications; , Materiales Avanzados, Publicaciones Avanzadas de Alto Impacto como Materiales Funcionales, Nano Letters y eLife.
Sobre la base de excelentes resultados de investigación científica, Lu Qingyu también fue seleccionado como el Talento Destacado del Nuevo Siglo del Ministerio de Educación en 2005, el Talento Técnico Clave de la Academia China de Ciencias en 2010 y el Nanjing 321 talentos líderes en emprendimiento científico y tecnológico en 2015. Ha sido editor en jefe adjunto de la famosa revista estadounidense de instrumentos científicos Review of Scientific Instruments desde 2017 y ganó el Premio al Logro Científico y Tecnológico Sobresaliente de la Academia de Ciencias de China; en 2017, el Premio Especial del Premio Provincial de Ciencia y Tecnología de Anhui (la primera sesión) en 2019 y el Subsidio del Gobierno Provincial de Anhui en 2020. Todo ello es una afirmación y un estímulo a su innovación y dedicación a lo largo de los años.
Educar a la gente y trabajar duro. Como líder de estudiantes de investigación científica en la nueva era, Lu Qingyou también espera que sus estudiantes puedan continuar profundizando sus campos de investigación impulsados por sus intereses de investigación científica. Él cree que mientras la nueva generación de estudiantes de investigación científica pueda perfeccionar más sólidamente su tecnología de investigación científica, brillarán en cualquier campo.
Practicar la investigación científica sin preguntar nada sobre Occidente ni Oriente. En cuanto a los futuros planes de desarrollo científico, Lu Qingyu también participará en la investigación y el desarrollo de microscopios de sonda de barrido que funcionan en condiciones extremas, mientras busca una mayor cooperación entre la industria, la universidad y la investigación entre universidades y empresas para descubrir algún principio de instrumento más avanzado. Al enfrentarse a más posibilidades en el campo de la investigación científica en el futuro, cree firmemente que en la investigación y el desarrollo de microscopios de sonda de barrido en diversas condiciones extremas, él y el equipo de investigación definitivamente obtendrán más resultados de investigación científica líderes en el mundo y lograrán un gran avance. Para China en este campo, los pasos de los investigadores científicos son fuertes y claros.
Lu Qingyu es profesor en el Centro Nacional de Investigación de Ciencias Físicas a Microescala de Hefei en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China e investigador en el Centro de Alto Campo Magnético de la Academia de Ciencias de China. Se dedica principalmente al desarrollo independiente de microscopios de efecto túnel (STM), microscopios de fuerza magnética (MFM) y microscopios de fuerza atómica (AFM) en diversas condiciones extremas y duras, y se aplica a la física de la materia condensada, los nanomateriales y las biomoléculas y la química en estado activo. soluciones Proceso y otros estudios de imagen multidisciplinares.
Se dedica a la investigación científica desde hace muchos años y ha autorizado más de 30 patentes de invención nacionales. Publique artículos como primer autor o autor correspondiente en revistas de alto impacto como Science, Nature Materials y Nature Communications. En 2017, se convirtió en líder del proyecto del Plan Nacional Clave de I+D; en 2018, se desempeñó como editor adjunto de la revista de instrumentos científicos de renombre internacional Review of Scientific Instruments; en 2017 ganó el Premio al Logro Científico y Tecnológico Sobresaliente; Academia de Ciencias de China; en 2019, ganó el Premio Especial del Premio Provincial de Ciencia y Tecnología de Anhui (primera sesión).