第一百四十六章 微观之眼
七月末的那个黄昏之后,陆迪峰做了一个决定:暂停轨道力学的自学,把精力重新放回材料学上。
做出这个决定的原因很简单——他在啃开普勒定律的过程中意识到,自己真正擅长的、真正能够发挥价值的领域,从来都不是轨道力学,而是材料。棋手模型可以学习轨道力学,可以学习在轨组装技术,可以学习拉格朗日点的轨道特性——但棋手模型无法感知材料内部原子的排列方式,无法“看到”紫色晶体结构中那些微妙的缺陷和畸变。那是属于他的领域,是他二十年职业生涯积累下来的独一无二的能力。
而这种能力,在织女二号即将进入太空的关键节点上,比任何时候都更加重要。
八月的第一周,陆迪峰重新坐回了材料实验室的透射电子显微镜前。
这台TEM是去年年底购置的,型号不算最新,但足以支撑紫色晶体材料的微观结构分析。在此之前,大部分的材料表征工作都是由***和实验室的技术员完成的,陆迪峰已经有好几个月没有亲自操作过这台设备了。
他花了一整天的时间重新熟悉设备的操作流程,从样品制备到真空抽气,从电子束对中到像散校正,每一个步骤都亲自动手做了一遍。技术员小刘站在旁边,本想帮忙,但看到陆迪峰的操作手法比他自己还要娴熟,便默默退到了一边。
第二天,陆迪峰开始正式观察紫色晶体样品的微观结构。
他将一小块经过掺杂优化的紫色晶体样品小心翼翼地装入样品台,送入真空腔室,然后启动了电子束。荧光屏上逐渐显现出一幅清晰的晶格条纹图像——原子排列的周期型图案,像是用最精密的尺子画出来的平行线,整齐得近乎不真实。
陆迪峰调整了放大倍数,将视野聚焦在晶格中的一个微小区域。在那里,他看到了自己想要找的东西——一条位错线。原子排列的周期性在某个平面上被打破,一排原子相对于另一排原子发生了微小的偏移,形成了一条贯穿晶格的线状缺陷。
他盯着那条位错线看了很久,然后调整了电子束的入射角度,从不同的方向观察这条缺陷的三维形貌。他的手指在控制器上灵活地移动着,像是在弹奏一件乐器。技术员小刘站在他身后,看着他专注的侧脸,第一次真切地理解了什么叫“这个人靠这个吃饭的”。
接下来的两周,陆迪峰几乎住在了材料实验室里。
他系统性地观察了数十批不同掺杂条件、不同合成工艺的紫色晶体样品,拍摄了上千张高分辨率的显微照片。他在这些照片中识别出了多种不同类型的微观缺陷——点缺陷、位错、层错、晶界——并将它们的类型、密度和分布特征与各样品的宏观性能数据进行了关联分析。
分析的结论让他的眉头皱了起来。
紫色晶体材料在储能性能和电磁特性上的优异表现,与其完美的晶格结构密切相关。晶格越完美,缺陷越少,材料的性能就越出色。但在合肥研究院进行掺杂优化的样品中,随着稀土元素掺入量的增加,晶格中的缺陷密度也在同步上升——尤其是在掺杂浓度超过千分之三之后,位错密度出现了跳跃式的增长,直接导致了材料在低温下的电阻率下降幅度减弱。
换句话说,掺杂优化正在逼近一个天花板。继续增加掺杂浓度,虽然可能在超导特性上获得进一步的提升,但代价是晶格质量的劣化,最终可能导致材料在其他关键性能上的衰退。
陆迪峰将分析结果整理成了一份报告,发给了合肥研究院的陈研究员。他在报告的末尾写道:“建议暂停掺杂浓度的进一步提升,转而优化掺杂元素的分布均匀性。通过改进合成工艺,使稀土元素在晶格中分布得更加均匀,可以在不增加掺杂浓度的前提下,获得更好的电磁性能提升效果。”
陈研究员在收到报告后的第二天就打来了电话,语气中带着一种混合着惊讶和钦佩的情绪:“陆总,你的这批显微数据,比我们这边用X射线衍射和能谱分析得到的结果精细了一个数量级。你看到的那些位错结构,我们用常规手段根本分辨不出来。”