北京一支青年“草根”团队，在这一科技领域稳稳站在世界前列

尽精微，方能致广大。

在接近绝对零度、超高真空、强磁场的环境中，一场“量子拔河”正在原子尺度上进行。北京的一支青年科技团队，就在这样的极端环境中上演着“凌波微步”，助力科研人员探秘微观世界。

前不久，他们取得了新成果：全球首颗在4开尔文（零下269摄氏度）环境下依然能实现纳米级闭环控制的商用低温马达问世。稳定的纳米级运动组件，为量子芯片的精准操控提供前所未有的纳米级“冷手术刀”。

“我们是一个从实验室里‘长’出来的草根团队。”多场低温科技（北京）有限公司创始人丛君状自豪地说，在极端环境下的纳米级运动控制这一细分领域，这家规模只有百余人的公司，已经稳稳站在了世界前列。

丛君状

“没出好成果”的学生

10年前，即将从中国科学院物理研究所毕业的丛君状，站在了人生选择的岔路口。

“马上就要走出实验室了。当时，我手里攥着大量的实验数据，心里却满是对未来的迷茫。”攻读研究生的7年里，丛君状只干了一件事，那就是在实验室里和同学一起，动手搭建各种各样、功能五花八门的实验设备。

这其实是一项“迫不得已”的工作。

高端科学仪器被誉为科学探索之“眼”，能帮助科研人员“看清”微观世界中发生的细微变化。“物理学是一门实验性很强的学科，每个新理论的提出，都要经过实验验证。但前沿课题的研究条件往往很苛刻，是无法利用成型商业设备开展实验的。”丛君状说，这类课题的科研任务繁重又紧迫，往往要在3至6个月内产出关键成果，才能取得领先。这时，团队是否拥有搭建实验设备的能力，就变得至关重要。当时，我国的市场上并没有可以支撑科研团队开展研发的高端科学仪器公司，科研团队只能自力更生、各自为战。

实验物理专业的学生，平日里似乎总是在实验室和论文之间徘徊，而丛君状偏偏是那批似乎“没出好成果”的学生之一。

“原本预计，我能在3年内完成设备的搭建，后续的时间用来收集数据、展开研究。没想到，硕博连读7年，我有6年时间都在搭设备。”丛君状这样回顾自己的求学路。没有合格的设备，就没法产出好的实验结果，但从零开始探索的过程并不容易。特别是他探索的极低温、强磁场运动监测领域，一套高端科学仪器的搭建，需要综合信号前置放大、信号高速采集、软件系统控制等多个专业学科的技术。

“等到设备终于搭建好，产出了一些有效结果，再将它们整理成论文，过程匆匆忙忙。”丛君状和同学申世鹏在毕业前夕都面临着同样的难题。受限于论文发表的周期，他们产出的最终被科学引文索引（SCI）一区收录的科研成果，在毕业后近一年才成功发表。当时虽然也有工作机会，但他们心里总憋着一股劲儿。“我想让自己的本事有用武之地。”丛君状说。

在此之前，两个人在科学仪器研发领域已经小有名气。“我们搭建的设备各项指标都不错，得到了很多团队的认可。”丛君状说，通过一次次学术会议的交流，他们取得的阶段性成果得到了越来越多的关注。

虽然科学仪器的市场规模不大，但对于前沿科研项目来说，能满足研究需求的每一套仪器都极为关键。“如果团队没有前期的技术积累和实操经验，从零开始搭建设备的周期会极其漫长，耗时五六年都是常事。”丛君状解释说，国际前沿的科研团队在重要课题上的竞争很激烈，时间极为宝贵。

两个人求学期间学到的“手艺”，成为打破这一难题的关键钥匙。“此前，我们就在为各个课题组提供最前沿的实验解决方案，面对这个问题，我们有经验。”

2017年，一个从事基础物理研究的科研团队，就前来求助。该团队实验室自己动手搭建的设备，卡在了数字信号的高速采集和数据滤波问题上，实验数据一直不理想。面对这笔10万元的项目订单，丛君状和申世鹏决定接下来，争取能赚到“第一桶金”。

这是一家只有两个人的公司。他们在北京海淀保福寺桥南的一栋小楼里，租下了一间面积仅有30平方米的办公室，创业之路自此起步。

回顾这段经历，丛君状将创业起步期总结为“生存式创新”。创业第一年，他接到的定制化实验方案订单额就达到100万元。“北京从事物理学前沿研究的课题组十分集中，这给了我们大展拳脚的空间。”

能实现纳米级运动控制的压电纳米马达产品。

向技术壁垒发起挑战

纳米级运动，是“针尖上的舞蹈”。

随着科学研究的尺度逐渐深入原子级水平，要探索物质存在的极限，离不开高端科学仪器的支撑。“在微观尺度下，仪器要指哪儿打哪儿，实现原子级的分辨率，高精度运动控制技术的重要性不言而喻。”丛君状团队的目标，就是帮助有需求的科研团队“玩转原子”。

这类科学仪器设备的关键部件，就是纳米级运动控制。它的原理并不复杂，就是利用压电材料“通电形变”的特性，通过惯性原理实现纳米级的运动。

但最大的挑战，来自一个人人皆知的概念——摩擦力。

通常来说，物体表面并不是绝对光滑的，两个粗糙的表面在发生相对运动时，这些微小的起伏就成为运动的阻碍。“在纳米级尺度下，摩擦力不再是两个粗糙表面相互咬合的简单场景。”丛君状随手在白板上画出示意图，当材料的每个分子甚至原子都清晰可见时，“摩擦力”就变为原子之间的直接相互作用。此时在分子、原子之间，“摩擦力”仿佛一根根肉眼看不见的小“弹簧”，近了就排斥、远了就回缩，相互作用和距离不是简单的线性关联。

经典意义上的摩擦力模型，失效了。

机械加工材料的粗糙度一般在微米级别，也就是1000纳米左右的水平。“我们的设备每‘走’一步的距离在纳米级，要翻过这样粗糙的起伏，马达要带动材料跨越的距离，相当于爬上一座‘香山’的高度。”经过反复尝试，丛君状探索出一套新方法，在尽可能做好表面平整处理的基础上，借助优化软件算法“爬坡过坎”。

破解摩擦力的桎梏只是第一步，极低温的工作环境也是一大挑战，特别是在量子研究领域，往往要在接近绝对零度的极低温环境中，实验材料才能显现量子效应。压电纳米马达要在这种环境下运行，难度不言而喻。

“低温下，压电材料的性能会衰减到室温的五分之一，再加上不同材料的膨胀系数差异，会导致材料性能再降一个数量级。”丛君状解释，这意味着，要让马达在4开尔文的极低温环境下正常工作，必须在室温条件下预留10倍的性能余量。“换句话说，用于低温的压电纳米马达研发，要面临10倍的困难。”

放眼全世界，当时有能力提供这类产品的公司仅有一家。这个团队在该领域深耕了十五六年，技术壁垒高到令同行望而却步，成品价格自然也高得令人咋舌。

这似乎是难以逾越的高墙。

刚刚博士毕业的几个年轻人，决心发起挑战。“没有什么秘诀，就是一个数据一个数据地试，一个零件一个零件地磨。”那段时间，丛君状和团队的每个人都全身心扑在实验室。研发速度出人意料，不到5个月，第一版样机已经出炉。

“那次实验出乎意料的顺利，样机交给实验团队后，很快就传来消息：成了！”丛君状回忆，屏幕上跳动的数据证明，这版略显粗糙的样机与国际同类产品相比，性能竟然提升了50%！

然而，“开门红”的喜悦并未持续多久。团队后续交付的样机，接连出现故障。

“明明技术流程完全一样，4套样机，10个月，我们面对的是一次又一次的失败。”丛君状说，屡战屡败，让团队成员几乎失去了信心，但用户科研进度的压力，让他们无法再等待下去。“军令状”的截止日期将至，丛君状怀着忐忑的心情，又一次将重新搭建的样机装入科研团队的设备。

安装完成后，样机需要在超高真空的环境中“烘烤”两天，再开展后续测试。丛君状没有在现场继续等待，逃也似的回到北京。时间一天天过去，直到一周后，用户一直没有反馈新的故障，他终于踏实下来，“没有消息就是最好的消息，应该是过关了。”

“现在回想起来，我们是幸运的。但我不能把团队的生存建立在这种幸运上，而是要找到正确的方向，并且沿着这个方向走下去。”直到现在，几套失败的样机产品依然放在丛君状的办公室里，时刻提醒他，科技前沿领域的探索容不得丝毫马虎。

经过反复调试，这款极低温运动马达产品已经实现量产，在国内市场的市占率超越了进口产品，位居第一。它在极端环境下依然能拥有极佳的动力性能，实现了精准的纳米级运动控制。

与科学用户共成长

2021年，多场低温科技（北京）有限公司从市区整体搬迁至怀柔科学城。在这里，他们获得了第一笔融资，也建起了属于自己的生产车间。2000平方米的生产车间里，没有机械加工的噪音，也没有机油的味道，看起来更像是一间大型实验室。技术人员在白板上演算公式，在实验台前调试设备，在开放空间里激烈讨论技术问题。

丛君状随手拿起一枚仅有黄豆大小的压电纳米马达。“别看它小，里面其实‘五脏俱全’，最小的零件尺寸只有一两毫米，对‘手艺’的要求很高。”他细细拆解着其中的结构。出于精细控制的需要，马达内部的一些零件需要使用钛、钼等特种材料制作。这就需要技术人员通过特定的热处理技术，确保内部应力完全释放。在他看来，将产品搬上流水线，这个过程甚至比自己闷在实验室里搭建样机更具挑战。

“我自己经历了长期的实验物理领域研究，在组装、调试仪器的时候，常常有一些难以言明的直觉和‘手感’。”但当产品走向量产，丛君状必须把这些知识量化为具体的生产指标。他坦言，这种量化之所以困难，是团队对产品基本原理的理解还需要不断深入。

关关难过关关过。要服务科学最前沿的研究需求，丛君状常常要和用户一起经历反复试错的过程。他说，“这些科研团队探索的是人类知识的边界，很多时候，他们也无法给出明确的技术需求，只能把握大概方向，在反复迭代的过程中不断学习。”

原子力显微镜是探秘物质微观世界的重要工具，它利用极小的原子探针与被测物体之间产生的微弱原子间相互作用力，研究物质的表面结构和性质。这样一来，控制原子探针移动的马达就极为关键，它的移动精度，直接决定了设备获取的数据质量。

在超高真空环境下实现探针的纳米级运动，是丛君状拿到的“考题”。“这个要求其实并不难实现，只要调整既有的产品设计，让它适配新系统的结构即可。”丛君状原本信心满满，却在产品交付后傻了眼，“到了现场我们才发现，这个团队的原子力显微镜是与一套极短波长的光学系统联用的设备。这种情况原本需要提前沟通，我们来提供低颗粒物版本的解决方案。”

此时，距离交付期只剩不到一个月的时间，团队立刻返回实验室。“在洁净间里，我们几乎是一个通宵连着一个通宵地工作。”丛君状说，他的团队是和用户团队共同成长。如今，服务于不同的实验需求，丛君状团队已经研发出百余种运动控制产品。从几厘米见方的微型设备，到占地近一平方米的压电位移台，都能在极低温、超高真空和强磁场的极端环境下，实现纳米级甚至亚纳米级移动的稳定控制。“我把公司取名为多场科技，其实就直观反映了我们的产品特点。”丛君状解释，多场是电场、磁场、应力场、温度场等多物理场的统称。

在此基础上，团队不仅帮助纳米级运动平台“动得准”，也通过纳米级运动传感器的集成丈量运动的每一步，实现了“测得准”。从运动控制到传感器测量，再到纳米级的自动化，这套“极低温-原子级-可控摩擦”平台，已于2025年集成到马达模组中，可以更好地服务工业生产。

当前，怀柔科学城已经汇聚起一批制造业、半导体、生物医药等领域的企业，这为丛君状团队研发的运动控制产品提供了更广阔的应用场景。

在微纳结构显微成像领域，纳米级运动平台能帮助科研人员更清晰地观察生物细胞的运动，为疾病研究提供新工具；量子点研究可以应用低温高压运动平台，在4开尔文的环境温度下施加超高压强，观察量子发光特性；半导体生产中，稳定的纳米级运动设备，能支持更高质量的光耦合效果……“简而言之，需要高精度纳米级运动的领域，就需要我们的产品。”丛君状说。

从第一笔10万元订单，到2021年入驻怀柔科学城时订单规模约2000万元，再到2025年订单数量实现十倍增长，这是多场科技取得的惊人成绩。接下来，他们还计划进一步升级生产线，提升产品的供给能力。

“在硬科技领域，最深的护城河，往往始于最朴素的生存需求和对技术本身最纯粹的热爱。”回望来时路，丛君状这样总结。不知不觉间，丛君状团队已经登上细分领域的技术顶峰，但他们并未止步，再越关山。

来源：北京日报

记者：刘苏雅