从介电体超晶格研究看原始创新

作者: 袁一雪

来源: 中国科学报

发布日期: 2020-04-16 08:20:45

本文讲述了南京大学闵乃本研究团队在介电体超晶格研究领域的原始创新历程,从发现到应用,再到国际认可,展现了基础研究的重要性及其对科技发展的推动作用。

一束激光从一种被称之为介电体超晶格的晶体中穿过,会产生不同颜色的激光。它也能产生神奇的纠缠光子。现在,这种最初由中国科学家发明的微结构晶体已被广泛用于激光与量子信息技术。南京大学闵乃本研究团队也因此站上了2006年国家自然科学奖一等奖的领奖台。从开始组织研究团队到获奖,他们走过了整整19年。闵乃本曾直言:“这项成果是从凝聚态物理、材料科学到光学工程再到固体激光技术交叉综合的结晶。

”获奖以后,南京大学介电体超晶格研究一直没有停步。超晶格和微结构材料也逐渐成为国际学术界和产业界关注的热点。

上世纪70年代,南京大学物理系教授冯端、王业宁和闵乃本等人,将目光聚焦到功能晶体和非线性光学晶体。为研究这些新晶体,他们白手起家,搭起生长晶体炉。铌酸锂晶体,成为闵乃本最终“优中选优”的晶体。但在其生长过程中,常出现一种与生长条纹有关的微结构,大小在微米量级,科学上称之为“铁电畴”。

而且,如果生长条纹是周期的,这种畴也按周期排列。“严格地说,畴是晶体中的缺陷。”中国科学院院士、南京大学物理学院教授祝世宁向《中国科学报》解释说,“它影响了晶体的完整性与均匀性,进而也影响了晶体的性能和使用。”

上世纪80年代初,南京大学物理系在国内率先开始了微结构材料研究,并于1984年在国家支持下筹建“固体微结构物理国家重点实验室”。同年,我国设立了国家自然科学基金。

两件大事令结束访学归国的闵乃本欢欣鼓舞。49岁的他开始着手组建自己的研究团队,并以周期结构铌酸锂晶体为突破口,探索微结构材料的学术体系。受IBM公司江琦、朱兆祥有关半导体超晶格研究的启发,闵乃本针对非线性光学晶体大都是良好的绝缘体即介电体,提出了介电体超晶格的概念。

获得国家自然科学奖一等奖后,闵乃本带领团队没有停止前进的步伐,先后研发了三种不同功能的介电体超晶格材料:光学超晶格、声学超晶格和离子型声子晶体。随着一批批优秀年轻人的加入,团队演变成多个研究组,向着研究的广度与深度进军,从单纯的基础研究向基础研究、技术创新和工程开发等不同方向拓展。在祝世宁眼中,“以介电体超晶格为代表的微结构材料就是座亟待开发的科学宝藏,吸引了越来越多的探宝者的目光”。

更重要的是,他们研发出的介电体超晶格高性能器件解决了高技术发展的实际需求。

这正应验了闵乃本生前喜欢说的一句话:“基础打好了,一切都会水到渠成。”把冷门做成热门,在坚守中不断创新,最后造福社会,这或许正是基础研究的魅力和价值所在。介电体超晶格研究的40年就是这样坚持下来的。“基础研究要坚持就要有传承。

当年微结构研究的先行者们在创建这个方向时,对它的未来也许已经有所预见,但当接力棒一棒又一棒向下传递时,靠的却是一代又一代新人不断开拓的精神和永不放弃的信念。”祝世宁说。祝世宁同时强调:“原始创新来源于科学家的创造,这需要造就宽松的科研环境。作为管理部门要坚持按科学规律办事,区分好科学和技术的差别,处理好从0到1、从1到N的关系,这样就会有更多的原始创新成果出现。”

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