宋柏:当我们谈论热,我们在谈论什么?( 三 )


在极小的空间尺度 , 热科学家们还在寻求另一种可能性——热的超导体 。“导热和导电有很多相似之处 。电的超导体 , 电阻为零 , 科学意义和应用价值巨大;那我们有没有可能找到热导率趋近于无穷大的 , 热的超导体?这样一来 , 很小的温差就可以驱动很大的热流 , 或许可以像电网送电一样 , 实现工厂余热等热能的远距离低损耗输送 , 进而节约能源、减少排放 。虽然这听起来有点像天方夜谭 , 但也是热科学最激动人心的问题之一 。”
从算力革命的强烈需求 , 到能源革命的远大梦想 , 正如宋柏所言:“热物理很基础 , 热学很酷 。”
空无一人的实验室
宋柏的实验室很多时候空无一人 , 只有电脑屏幕微微发光 , 上面闪现着一串串数字和图形——空无一人的实验室 , 正是宋柏刻意为之的设计 。“我们的设备都连着电脑 , 远程就可以调整参数、控制实验、采集数据 , 人不需要在现场 。你走路的振动有影响 , 噪音的声压有影响 , 哪怕你坐着不动也是个热源 , 也会有影响 。”微纳尺度下的热学实验 , 精密得甚至有些脆弱 。
宋柏:当我们谈论热,我们在谈论什么?
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实验室里最重要的实验平台 , 宋柏搭了三年 。
实验室里最重要的实验平台 , 宋柏搭了三年 , 他特别看重实验平台的原始创新 。“商业仪器有时无法探讨一些前沿问题 , 而且缺乏特色 。重大仪器创新很难 , 但如果实现突破 , 就有可能推动一个领域乃至整个科学的发展 , 比如飞秒激光器和扫描探针显微镜 , 就分别从时间和空间两方面 , 实现了人们观测和操控单个原子的可能 。”宋柏解释道 。
焊电路、刻光栅、制作纳米位移台……这些都是宋柏实验室里常见的工作 , 也正是因为极小时空尺度的热学具有显著的交叉学科特征 , 实验平台的创新需要很多不同门类的知识和工具 。
【宋柏:当我们谈论热,我们在谈论什么?】宋柏也看好算法发展和算力提升给研究带来的帮助 , “计算对我们越来越重要 , 比如寻找新材料和设计新器件 , 高通量计算可以在10000个选项里排除9990个 , 剩下10个来实验验证 。这样可以极大地提高效率 , 降低成本 。”
不过 , 对于近场热辐射实验来说 , 核心挑战是“创造、维持和测量纳米间距 , 并同时分辨皮瓦(万亿分之一瓦)量级的热流” , 其中关键技术之一就是各种微纳量热器件的加工 。“我们也碰到不少困难 , 比如说微纳加工平台虽多 , 但功能往往不齐全 , 有时一些简单的工艺也需要拼凑平台才能完成 。其次 , 许多平台和设备不允许学生自己动手操作 , 这和国外还是有差距 。”宋柏说得相当坦率 , “过去咱们跟跑 , 可能主要是投入多少的问题;但现在要并跑和领跑 , 就真的需要最朴素的探索精神和最原始的创造能力 , 以及让它们茁壮生长的土壤了 。”
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宋柏实验室墙上挂着一排排工具 , 焊电路、刻光栅、制作纳米位移台……这些都是常见的工作 。
宋柏给自己的实验室起名叫“开放热学实验室” , “开放”是他心仪的魔力词 。“真理没有界线 , 开放意味着交叉融通和共享创新;科学永无止境 , 开放也意味着不守成规、拓展极限 。”
“我常想 , 世界是一块幕布 , 人们在上面工作生活 。幕布起起伏伏、无边无际 , 但定义起伏和风景的只是很少的人和事 。基础研究就像是撑起幕布的一根根支柱 , 每向前走一步 , 幕布的边界就被打开一些 , 这就是我们的工作 。”