项目来源：国家科技部大科学装置前沿研究项目

项目名称：基于加速器光源的高通量物性与结构原位表征

起止时间：2017.07.01-2022.06.30

项目经费：2583万

项目负责人：陆轻铀

一、项目简介

过去以“不断试错”为主的新材料研发从初试到应用通常需要近20 年，严重阻碍了现代工业发展。材料基因组工程通过在同一芯片上合成组份分布变化的材料，再对其按大数量排列的表征单元进行高通量表征并建立大数据建模分析，可成量级地缩减材料研发周期。只是当前这种成功例多见于以力学特性为重点的结构材料，而非以电、磁、光学特性为重点的功能材料。原因是对于后者，具有多重自由度的电子起了关键作用：电子的电荷、自旋、轨道自由度与结构自由度相互作用，在多尺度多能量层面形成可匹敌的竞争与协作，并因此带来了新奇、卓越的物性与丰富的多场（磁、电、温度）调控性，但这些复杂作用也让功能材料高通量表征变得困难。

困难在于需将不同波段的光谱测量，磁结构测量，空间分辨技术（以分辨材料芯片的不同表征单元，甚至单元内的一些结构），以及宏观范围巡游测量（遍历并测量所有表征单元）叠加微观范围扫描测量（单元内的逐点精细测量）的双精度高通量定位技术相结合，并置于低温强磁场受限空间中以表征多场调控性，这需要很多创新。事实上，多场下功能材料芯片的多尺度高通量表征，甚至一些单一场下的高通量单一表征，如强磁场下高通量近场太波测量等都未见报道，而擅长磁结构测量的磁力显微镜（MFM）甚至未见有过任何形式的高通量测量。本项目拟实现这些高通量表征，更包括一些重要的高通量联合表征。加速器先进光源的高亮、宽谱（X 射线到太赫兹）、高准直优势为在多场受限空间中高通量地测量功能材料复杂构效关系提供了不可替代手段。

本项目将依托合肥光源的角分辨光电子能谱（ARPES）、红外、太波和软X射线表征优势，结合自主研制适于低温强磁场的“3 维双精度高通量纳米定位器”与“快锁幅MFM”，建立四套多场高通量表征装置并开展应用。项目负责人为陆轻铀教授。项目为期5年，总经费预算为2583万。

二、项目目标及应用前景

本项目目标是建立四套（ARPES-MFM 联合测量装置、红外谱学测量装置、太赫兹-MFM 联合测量装置、3D 结构测量装置）协同使用的高通量表征装置并开展应用研究，它们将合肥先进光源产生的不同波长的高强度高准直光引入到处于多场条件中的功能材料基因组芯片样品上，并对局域作用效果及其多场调控性进行高通量探测，从而实现高效筛选和构效机制分析。

本项目装置将应用于高温超导、拓扑、多铁、磁阻、电池等材料的高通量筛选与机理分析，有望产生2-3 项原创性工作。本项目将合肥两大国家大科学装置（同步辐射与稳态强磁场）的关键实验技术有效结合，发挥更大效力并吸引重要合作，为建立功能材料高通量研究基地奠定基础。