仰望星空，嫦娥六号带回来的月背“土特产”，正在重写月球演化史；俯察微观，怀柔科学城里的“超级放大镜”，在为原子、分子“拍电影”探索物质微观结构及演变；而在一间间实验室里，曾经被“卡脖子”的高端科学仪器既是基础研究的“工具箱”，更成为加速科创策源地崛起的“新引擎”。
锻造“无液氦”科研神器
走进怀柔科学城的中科艾科米（北京）科技有限公司，正在总装的多套闭循环无液氦扫描探针显微镜（SPM）系统非常吸睛。它是能在原子尺度上进行精确成像，能够操纵原子，是物理、材料、量子科技等前沿基础研究的“神器”。
传统低温SPM系统离不开昂贵的液氦。而我国的氦资源相对匮乏，主要依赖进口，液氦的价格更是持续上涨，还经常断供。科研人员做实验前需要加注液氦，等待温度稳定后，才能开始实验，更重要的是液氦的维持时间是有限的。像使用老式汽车一样，得时刻盯着液位计。实验常常因液氦消耗而被迫中断，有时甚至导致实验失败。能够不消耗液氦的无液氦SPM系统，此前一直被国外厂商所垄断。而进口设备不仅价格高昂，更面临着“禁运”等问题。
中科艾科米团队用了五年时间，自主研发了“分离式远端液化制冷”制冷方案。不同于国外厂商使用的“近端制冷方案”，此种方案，不仅让SPM系统彻底摆脱了对液氦的依赖，更实现了2.6K的基础温度（目前依托该方案，最低温度已扩展至mK级低温），小于1皮米的振动水平，整体性能与传统液氦低温SPM系统相当，主要性能指标更是全面超越国外同类型设备，达到国际领先水平。
这台“神器”的背后，站着一个从实验室走出来的创业者——郇庆。
他是中国科学院物理所的研究员，在高端科学仪器领域深耕了近二十年。2018年，他做了一个“疯狂”的决定：成立公司，把实验室里的技术变成产品，推动我国高端科学仪器的国产化进程。彼时，国内高端SPM市场几乎被国外厂商所垄断，国产设备面临着“没人敢用、没人愿试”的窘境。
如何打开市场，是许多的新公司面临的第一大难题，中科艾科米在成立之初也面临着这样的难题。成立初期，团队一边承接一些部件订单，积累技术经验，努力让公司活下去，一边积极地参与学术会议推广产品。“第一台真正意义上的系统销售是云南大学一位老师采购的，他在一次学术会议上看到我们，说‘没想到国内也有公司在做SPM系统’。”郇庆回忆。2023年中科艾科米自主研发的闭循环无液氦SPM系统正式推出，凭借优异的性能，迅速获得了市场的认可，订单飞速增长。据不完全统计，仅2024年一年，中科艾科米在国内SPM新增市场的份额即超越国外厂商。
郇庆说：“高端科学仪器和基础研究是相辅相成，互相成就的。高端科学仪器是基于基础的科学原理，同时也推动了自然科学的发展。”如今，这台“纳米之眼”已经走出怀柔，走进了国内顶尖科研机构的最前沿实验室。北京大学、中国科学技术大学、上海交通大学等高校陆续采购并使用了该设备，一批高质量研究成果相继产出。北京大学研究团队在《自然》(Nature)杂志发表的重要成果，上海交通大学研究团队在《物理评论快报》(Physical Review Letters, PRL)上发表的重要成果，都有这台国产无液氦SPM系统的身影。
“月背盲盒”重写月球演化史
如果说中科艾科米的故事是关于“工具”的突破，那么中国科学院地质与地球物理研究所研究员陈意团队的故事，则是关于“发现”的震撼。
2024年，嫦娥六号带回了人类历史上第一份月球背面样品，重达1935.3克。这就像一个神秘的“盲盒”，装着月球背面数十亿年的秘密。
“以前人类采集的月球样品都来自正面，背面演化历史始终披着神秘的面纱，让人看不清楚。就像读一本自传只看到了奇数页，偶数页是什么样的？我们不知道。”陈意说。
这些样品来自月球最大的撞击坑——南极-艾特肯盆地，一个直径约2400公里、能量相当于2万亿颗原子弹同时爆炸的“伤疤”。在这个撞击坑形成后的几十亿年里，这里又经历了无数次撞击和火山喷发，所以带回的月壤成分极其复杂。
研究团队从嫦娥六号月壤样本中细致分选出1600余颗直径大于200微米的岩屑，像大海捞针一样，最终识别出20颗在撞击瞬间熔融、随后又快速冷却结晶形成的苏长岩碎屑。这些碎屑是一种撞击成因的新型月球岩石，如同被撞击锻造过的时间胶囊，严丝合缝地封存了撞击发生时刻的印记。通过对其中微小的含锆矿物进行高精度定年，团队精准测定：南极-艾特肯盆地形成于42.5亿年前。这一发现，直接挑战了国际学界流行多年的“晚期重轰炸”假说。
地质地球所研究团队运用先进的地球化学多同位素体系追踪技术，对嫦娥六号玄武岩进行了全方位的“体检”。研究首次发现，背面月幔远比正面更“干”，其水含量极低，不足百万分之二。还在嫦娥六号带回的28亿年前岩石样品中，首次捕获到了月球背面古磁场的信号。
“以前大家认为月球磁场是‘单调衰减’的，数据明确显示，在28亿年前，月球磁场强度并没有‘乖乖地’持续衰减，反而发生了一次神秘的反弹和增强。为什么会这样？确切的原因还不知道。这就像开盲盒，打开一个，还会冒出更多新问题。”陈意说这个“不知道”，恰恰是基础研究最迷人的地方，它指引着未来探索的方向。
在这些突破的背后，陈意特别提到了北京独特的协同创新生态。从月壤样品前处理、封装、分装到分发研究过程中，在京各团队频繁互访，共享实验室设备；样品分析后，还会组织全国范围的研讨会，及时碰撞思想火花。“这种‘近水楼台’的协同，让我们能快速整合资源、互相验证结果，把一个复杂的故事讲完整、讲扎实。”陈意说。
“嫦娥六号样品的研究才刚刚起步。美国阿波罗样品研究了50多年，还在继续出新的成果。我相信，嫦娥六号样品还会有新的矿物、新的岩石类型，甚至是让人意想不到的神奇物质。”陈意充满期待。
“超级显微镜”给微观世界“拍电影”
如果说月壤研究是“仰观宇宙之大”，那么高能同步辐射光源（HEPS）就是“俯察粒子之微”。
位于怀柔科学城的HEPS，是我国第一台第四代同步辐射光源，也是亚洲首台。它就像一个性能超强的“X光机”或 “超级显微镜”，能发出比太阳光亮万亿倍的X射线，帮科学家看清航空发动机叶片内部的微小缺陷、锂电池在充放电时的结构变化，甚至灵长类动物脑神经的连接图谱。
中国科学院高能物理研究所研究员、HEPS加速器部副主任焦毅，见证了这座“大国重器”从建设到试运行的全过程。
“去年12月，我们开始试用（用户实验）。目前已经接待了100余个单位，包括北京大学、清华大学、中国科学院的物理所、大连化物所等科研机构和宁德时代、比亚迪等领军企业，290多个课题的实验。”焦毅说，3月份，HEPS已面向全球征集第一轮用户课题，这标志着它从建设阶段，转向了正式开放运行的准备阶段。
这个转变，难度非同小可。“建设时测试验收，就好比我们参加‘跳高’——一次跳过一个很高的高度。开放运行后，为了保障用户的持续使用高质量的光，要求你每天跳几百次，次次都是那个高度。”焦毅解释，可靠性是关键——要保证装置7x24小时高水平稳定运行。
光源的建设只是开始，运行才是它真正大展身手的时间。“后面我们会持续地优化提升装置的性能，完善用户服务体系。推动开展跨领域、跨国界的协同合作，为基础科学的前沿研究、国家重大需求的相关研究提供重要的支撑。”焦毅表示。
作为北京怀柔综合性国家科学中心的核心装置，HEPS不是孤军奋战。它与地球系统数值模拟装置、综合极端条件实验装置、多模态跨尺度生物医学成像设施等，共同组成了全国密度最高的重大科技基础设施集群。
加快推动高端科学仪器创新发展，努力实现用自主的科学仪器来解决重大基础研究问题。 北京在政策支持、平台支撑、协同攻关、应用循环等方向发力，正构建起一个贯通全链条的创新生态。当“大国重器”与高端仪器遇上这片创新沃土，科技自立自强的根基就越扎越深，面向未来的科创策源力就越燃越旺！