在上海光源，上海科技大学副校长，刘志教授（原上海微系统所研究员）和团队成功打造了一件新的“科研工具”。
这件工具瞄准的，是材料深处极其细微的电子世界。过去，许多电子结构的测量只能在低温、超高真空等理想条件下完成；如今，上海科学家团队把观察窗口推向材料真实工作的现场。
近日，由中国科学院上海微系统与信息技术研究所等五家单位合作完成的“基于突破性光束线技术的新一代材料原位表征科学平台”获2025年度上海市科技进步一等奖。自2019年开放运行以来，该平台已累计向国内外89家高校、科研院所及企业提供超过3万小时机时，执行668个研究课题。依托这一平台，相关团队已发表论文500余篇，其中11篇文章发表在Science、Nature国际顶级期刊。
“每次看到有团队利用我们的工具取得新发现，我们都非常开心。”在刘志看来，只有自己拥有领先世界的科研工具，中国科学家才能真正走到别人从未抵达的科学边境。
一扇看向材料现场的窗
材料的秘密，往往藏在它真正工作的时候。
新能源离子电池怎样储存更多电能，催化剂在反应现场如何发挥作用，量子材料为何拥有独特性能，这些答案背后都与材料内部电子结构有关。要理解材料，就要尽可能看清电子如何分布、如何变化。
难处在于，过去很多测量只能在超高真空等理想条件下完成。这样的环境稳定，数据也更容易测准，但这种可控的状态，很难还原材料在真实场景下的反应过程。
团队要做的“原位表征”，正是把观察尽量推近真实现场。材料表面在反应中会变化，电子结构也会随之变化。要看见这种变化，既要跟得上，也要看得准。
为了做到这一点，团队建成国内首个同步辐射近常压软X光谱学线站。他们将偏转镜放到储存环内，大幅增加光束接收角，实现了高光通量、宽能谱和小光斑兼顾，为近常压原位实验提供了关键支撑。与此同时，团队还联合研发了新一代近常压电子能量分析器，通过定制静电场透镜设计，把低能光电子传输效率提升到99%以上，并将空间分辨率提高到3微米，达到国际领先水平。刘志回忆，当时中国的光学接收镜通常都放在加速器环外，空间、辐照、控制、工艺，都是摆在团队面前的难题。最终，上海微系统所团队与上海高研院团队协同攻关，把这一步走通了。
有了这扇更靠近“现场”的窗口，平台已支持铜抗氧化防腐、低碳重整制氢、钠离子电池正极材料空气稳定性、新型卤化物正极材料开发等研究，为基础研究和产业创新架起桥梁。
一束更亮也更稳的光
要看清电子世界，还需要一束足够亮、足够稳的光。
上海光源这样的同步辐射装置，像一只非常强的“科学手电筒”，能照到普通仪器难以看清的地方。但光越亮，也会带来更大的热量。热量落到精密反射镜上，会让镜子发生细微变形，进而影响测量精度。
团队成员乔山研究员等原创发明的APPLE-Knot波荡器，就是为了解决这对矛盾。波荡器可以理解为同步辐射光的“发光引擎”。传统情况下，实验需要的光和多余热量容易走在一起，热量会压到光学元件上。微系统所团队与高研院团队合作通过新的磁结构设计，精密控制电子轨道，让真正有用的光留在中间，同时把热负载“甩”到一边。
这项突破把热负载从一千多瓦大幅降低到60瓦以下，使上海光源BL03U真空紫外光束线实现逼近理论极限的能量分辨率。相关技术路线已被北京高能同步辐射光源和英国钻石同步辐射光源二期项目采纳。一项从上海大科学装置中生长出来的原创技术，开始为国内外同行提供方案。
在量子材料研究中，这种精度尤其重要。团队自主研制的角分辨光电子能谱实验站，创造了0.75meV的能量分辨率世界纪录。对超导、磁性、拓扑等材料来说，电子结构中一点点变化，就可能对应完全不同的性质。工具越强，科学家越有机会看见过去看不见的细节。
一条从工具到发现的链条
刘志把科研人员分成两类：一类是做工具的，一类是用工具去“打仗”的。
如果一直使用别人的工具，虽然能做出好工作，但往往是在别人已经抵达过的地方继续探索。拥有一件更好的科研工具，科学家才可能去到从前没人测量过、或者从未测到这种精度的地方。“工具上突破总会带来科学上的突破。”
在刘志看来，这件工具能够造出来，靠的不是单点突破，而是一条完整的创新链。国家重大科研仪器专项提供牵引，上海光源提供大科学装置基础，科研机构、高校团队和企业共同参与，使一个科学设想穿过设计、制造、调试、运行和开放共享的全过程。上海对大科学装置建设的持续支持，也让这类长期攻关有了稳定土壤。
科学家精神也藏在一个个具体夜晚。项目建设中，团队曾遇到一块高要求磁铁迟迟未到位的情况。验收前最后三四个月，相关团队白天黑夜连轴转，有时就睡在上海光源现场，最终保证项目按时完成。刘志表示，大科学装置是一系列关键技术的串联，“每一个人成就成功了才是成功”。一个环节掉链子，整个装置都无法运行。“青年科研人员既要把自己的部分做精做专，也要学会协同和配合。”
如今，这一平台不仅服务基础研究，也支撑产业创新和国家重大工程建设。它让科学家看见材料深处更细微的变化，也让上海在大科学装置、基础研究、产业需求和人才培养之间，形成了一条更清晰的创新通道。
2025科技奖励成果展示
项目名称：基于突破性光束线技术的新一代材料原位表征科学平台
完成单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所 等
完 成 人：刘志 等
奖励等级：科技进步奖一等奖
编者按：2025年度上海市科学技术奖榜单日前正式揭晓，206项（人）成果与个人脱颖而出。这不仅是一份镌刻着智慧与勇气的荣誉册，更是上海这座科创之城加快建设国际科技创新中心的铿锵足音。
过去一年，上海科技界在强化原始创新中“寻路”，在激励企业创新中“强体”，在深化区域合作中“聚力”，在加速成果转化中“赋能”。获奖名单如同一面棱镜，折射出上海科技创新从“点的突破”向“系统能力”跃升的壮阔图景。本专栏集合全市媒体报道视角，记录上海科技工作者的奋斗故事，与公众共享上海推进国际科技创新中心建设中的丰硕成果。
