12月3日，陈玉团队成员在实验室调试设备。记者 张梅摄
“当屏幕上终于清晰地出现那个代表单个电子的亮点时，整个实验室沸腾了。”2024年4月17日凌晨的那个瞬间，让“紫外光电子谱分析仪研制与应用”科技创新团队带头人、西安交通大学电气工程学院教授陈玉至今难忘。
陈玉所说的，是由西安交通大学联合10家单位研发的国内首台紫外光电子谱分析仪。今年11月，这台紫外光电子谱分析仪斩获朱良漪分析仪器创新成果奖，在“十五五”规划攻坚国产高端仪器的战略背景下为我国能谱仪器“卡脖子”难题的破解，点亮了希望之光。
■ 遭遇技术禁运的阵痛
“科学仪器是科研的‘眼睛’，而能谱仪器更是高端表面分析仪器领域的‘明珠’。”12月3日，陈玉告诉记者。
长期以来，这颗“明珠”一直被国际巨头垄断，国内头部企业遭遇技术禁运。缺乏先进可靠的材料分析仪器，是造成我国在核心材料领域被“卡脖子”的重要原因之一。
“集成电路、新能源领域的新材料研发都得精准摸清材料电子结构。0.1电子伏的测试误差，就可能让新能源材料能量转换效率出现量级偏差。”陈玉解释。
“高校和企业多年来只能依赖高价采购。一个普通螺丝要1000元，关键耗材万元起步，维修还得等国外工程师上门，动辄数月。甚至，部分核心零件有钱也买不到。”西安交通大学分析测试中心工程师梁晨煜道出了众多科研团队的无奈。
转机终于到来。2022年，国家重点研发计划仪器专项“十四五”时期部署的第一个能谱仪器项目“紫外光电子谱分析仪研制与应用”正式启动，高校、科研院所和企业合力创新，目标直指“用自主仪器破解基础研究难题”。
■ 差异化创新的“弯道超车”
“不走模仿老路，要靠创新实现弯道超车！”陈玉的话掷地有声。
此后，团队跳出国外技术框架，以自主创新为支撑，致力于让国产仪器练就“低能无损、介质可测、表征精细、初态可知”的绝技。
最关键的突破在于技术路线的重构。团队放弃使用传统氦灯光源，改用氘灯光源搭配单色仪，让光子能量实现3.1至10.8电子伏连续可调。“就像把固定焦距相机换成变焦镜头，既能避免损伤敏感材料，又可以解决绝缘材料测试带电的难题。”陈玉说，这一创新让国产仪器成功攻克氧化铪等栅介质材料测试的“盲区”，为集成电路研发扫清了障碍。
核心部件的自主研发同样亮点纷呈。高功率真空紫外氘灯工作功率达116.8W，稳定性控制在0.5%/小时；高分辨率真空紫外单色仪波长分辨率低至0.07纳米，超国际指标30%……关键部件的国产化，彻底摆脱了对国外供应链的依赖。
创新的背后是无数次攻坚克难。“超高真空环境要达到10的负7次方帕，相当于太空真空度的千分之一。”团队成员、西安交通大学研二学生童柏豪回忆，“中期检查前，团队用3天3夜拆分仪器，逐个法兰接口检漏，一个接口排查就要一小时。”
单个电子成像的捕获更是历经波折。“电子能量极低，受地球磁场影响大，调试三四个月毫无进展。”团队成员、西北大学数学学院副教授张敏说，学生张浩、郭雅丽一边调试图像处理算法以增强信号辨识度，一边紧急调整设备参数，更是通宵达旦开展现场试验，终于在凌晨捕捉到那个决定性的亮点。那张实验室合影，成为团队最珍贵的纪念。
■ 成果落地与人才成长双丰收
成果转化的道路从不平坦，陕西科控的及时介入破解了难题。
“该项目符合国家战略需求，能带动产业链升级。我们做好了5年到10年的布局。”陕西科控集团副总经理吕永卫说，作为工程化和产业化牵头单位，陕西科控以长远眼光为项目保驾护航。目前，工程化样机已进入设计阶段，预计2026年初完成，后续将通过可靠性测试和第三方异地检测，向市场稳步迈进。
研发过程也是人才培育的过程。西北大学学生张浩从“代码高手”成长为深耕仪器软件领域的专业人才，写下8万余行代码；西安交通大学学生张思超从打碎昂贵组件的忐忑，到熟练掌握精密仪器调试，快速成长；西安交通大学学生侯潇涵带领师弟师妹组成竞赛团队，凭借“面向集成电路关键材料电子结构表征的紫外光电子谱分析仪”项目斩获首届全国大学生科学仪器创新大赛一等奖……
“如今，这款国产仪器已为中国科学院半导体所、隆基绿能、复旦大学等提供测试服务，成功应用于钙钛矿光伏材料性能调控、集成电路栅介质材料分析等国家重点领域。”团队核心成员、西安交通大学副教授王双说。
“‘十五五’期间，我们将打造全能谱原位联用分析平台，整合多种测试功能，支撑航天航空、新能源、集成电路等陕西优势产业。同时，我们也期待更多科研团队用国产仪器作出突破性的研究成果。”陈玉满怀信心。
从凌晨实验室的微光到国产仪器的破晓之光，这条能谱仪器的国产化之路破解了“卡脖子”难题，更培育出科研报国的新生力量。正如中国工程院院士张钟华在该项目启动会上所言：“这台仪器能同时助力半导体和航天两大领域突破，整合资源做出自主仪器，必将提升国家核心技术能力。”
