“新技術(shù)突破了傳統(tǒng)飛秒激光的光衍射極限,未來或可開辟光電芯片制造新賽道?!苯?,南京大學(xué)科研團(tuán)隊發(fā)明的一種新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術(shù),在下一代光電芯片制造領(lǐng)域取得重大突破。
“光電芯片是信息技術(shù)的下一個制高點(diǎn)。”中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授祝世寧說,南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實驗室較早探索該領(lǐng)域,已取得一系列國際領(lǐng)先的原始創(chuàng)新成果,“光電芯片有望成為我國率先突破的科技領(lǐng)域,我們應(yīng)該對下一代技術(shù)更早地切入、更快地投入,爭取在未來有更多的發(fā)言權(quán)?!?/p>
祝世寧院士(左)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科研。(南京大學(xué)供圖)
堅守中不斷創(chuàng)新,把冷門做成熱門
黨的二十大報告提出,開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道,不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。如何開辟新賽道?
“要勇于做前人沒有做過的事情?!痹谀暇┐髮W(xué)鼓樓校區(qū)唐仲英樓的辦公室里,祝世寧話語溫和卻擲地有聲,“以基礎(chǔ)研究來說,剛開始可能只是科學(xué)家的一個猜想,但是經(jīng)過‘大膽求證’深入研究以后,這些理念就有可能為未來技術(shù)奠定基礎(chǔ),甚至開辟出新的賽道。”
“把原來不被關(guān)注的領(lǐng)域,通過自己的科學(xué)判斷,長期不懈地堅持研究下去。”祝世寧表示,正是秉持“堅守中不斷創(chuàng)新,把冷門做成熱門”的精神,南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實驗室經(jīng)過幾代人的努力,終于把微結(jié)構(gòu)科學(xué)由無人問津做成國際前沿,并率先奔跑在光電芯片的新賽道上。
祝世寧笑稱,這些年來所做的工作,就是“像玩樂高一樣研究先進(jìn)材料”,創(chuàng)新各種方法,通過微結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制,提升材料的物理性能,實現(xiàn)應(yīng)用上的突破。不過,“玩樂高”聽起來簡單,實則經(jīng)歷了無數(shù)艱辛。比如,在研制新型介電體超晶格材料的攻關(guān)中,為了讓一個小小的芯片里能透出三種顏色的激光,團(tuán)隊花費(fèi)了近10年時間,終于研制出世界上第一臺光學(xué)超晶格全固態(tài)紅、綠、藍(lán)三基色激光器。
做前人沒有做過的事情,需要勇氣和實力,也需要前瞻性思維。自2000年起,祝世寧團(tuán)隊就將光學(xué)超晶格研究從經(jīng)典光學(xué)拓展至量子光學(xué),經(jīng)過多年開拓創(chuàng)新,已利用光學(xué)超晶格研制成功全球首枚高速調(diào)控的鈮酸鋰光量子芯片,實現(xiàn)了全球首個具有移動光學(xué)中繼的無人機(jī)光量子網(wǎng)絡(luò)試驗?!坝浀卯?dāng)時我們輾轉(zhuǎn)南京、石家莊、蘭州等地進(jìn)行實驗,克服了重重困難,終于在國際上首次實現(xiàn)通過無人機(jī)在兩個地面站之間進(jìn)行糾纏光子分發(fā)?!?/p>
為“高精尖”研究打造高水平科研平臺
“每一個新的科學(xué)理念,都需要通過科學(xué)實驗來驗證、來實現(xiàn)?!庇玛J科研“無人區(qū)”數(shù)十年,祝世寧深刻感受到,隨著科學(xué)技術(shù)越來越向“高精尖”發(fā)展,基礎(chǔ)研究的方式方法也在不斷演進(jìn),對科研平臺、科研儀器的要求也越來越高,比如他們研制的光電芯片的加工精度,幾乎是一根頭發(fā)絲的千分之一,同時還要進(jìn)行大面積的集成,難度可想而知。
要補(bǔ)齊基礎(chǔ)研究的短板,重視高水平科研平臺的建設(shè),加大對科學(xué)裝置、高科技儀器的投入;同時,要改變“撒胡椒面”式的支持方式,選擇前沿科技領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)支持。祝世寧對此有著很深的思考。
為促進(jìn)基礎(chǔ)研究的想法落地,2018年,祝世寧團(tuán)隊在南京大學(xué)和南京江北新區(qū)支持下,創(chuàng)建了南智先進(jìn)光電集成技術(shù)研究院(下稱“南智光電”),瞄準(zhǔn)下一代光電芯片技術(shù)在基礎(chǔ)材料、器件工藝等方面的需求,開展研發(fā)工作。
中紅外超晶格激光器、自由空間無人機(jī)高速通信系統(tǒng)、超構(gòu)材料平面透鏡、高分辨光譜相機(jī)……4年來,在南智光電這一科研平臺上,科學(xué)家們將頭腦中的一個個奇思妙想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實。最近的突破性成果——新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術(shù),把光雕刻鈮酸鋰三維結(jié)構(gòu)的尺寸,從傳統(tǒng)的1微米量級,首次縮小到納米級,達(dá)到30納米,大大提高了加工精度。該技術(shù)有望用于光電調(diào)制器、聲學(xué)濾波器等關(guān)鍵光電器件在芯片上的制備,在5G/6G通信、光計算、人工智能等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
既要“開山筑路”,也要“沿途下蛋”
“基礎(chǔ)研究是原始創(chuàng)新的源頭、核心技術(shù)的關(guān)鍵,是實現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的基石?!弊J缹幷J(rèn)為,當(dāng)下,面對國家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的挑戰(zhàn),開展目標(biāo)導(dǎo)向的應(yīng)用基礎(chǔ)研究尤為重要。
2019年起,江蘇省啟動實施前沿引領(lǐng)技術(shù)重大基礎(chǔ)研究項目,支持50位頂尖科學(xué)家開展變革性技術(shù)探索,對重大科學(xué)前沿或重大產(chǎn)業(yè)前瞻問題進(jìn)行超前部署。祝世寧團(tuán)隊進(jìn)入首批名單,獲得2000萬元項目經(jīng)費(fèi),積極布局下一代芯片——鈮酸鋰集成光子芯片的研發(fā)。
“前沿引領(lǐng)技術(shù)的突破,能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級,甚至顛覆整個行業(yè)?!弊J缹幷f,南智光電一端連接南大固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實驗室等國家平臺,面向世界科技前沿,開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究;另一端連接高新技術(shù)園區(qū),與科技領(lǐng)軍企業(yè)一同聚焦并攻關(guān)重大共性產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題,探索實現(xiàn)創(chuàng)新鏈連接產(chǎn)業(yè)鏈的可行路徑。
今年7月29日,南智芯材鈮酸鋰晶體產(chǎn)業(yè)化項目正式簽約,該項目正在進(jìn)行國際上最大尺寸——8英寸的鈮酸鋰晶體的產(chǎn)業(yè)化示范和布局。創(chuàng)建4年來,已有近30家光電類初創(chuàng)公司在南智光電平臺上孵化和集聚,這些初創(chuàng)公司獲得了近10億元社會資本的投入。同時,南智光電已為全國近200家企業(yè)和研究單位提供技術(shù)服務(wù),幫助他們解決科研難題、突破產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸,產(chǎn)生了積極的社會反響和實實在在的經(jīng)濟(jì)效益。2021年,在南京江北新區(qū)、省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院和南京大學(xué)支持下,南智光電聯(lián)合兄弟單位,獲批建設(shè)江蘇省光電技術(shù)創(chuàng)新中心。
新中心、新平臺、新起點(diǎn),作為光電芯片領(lǐng)域的先行者,祝世寧帶領(lǐng)團(tuán)隊勇當(dāng)開路先鋒,在激烈的國際競爭中持續(xù)保持領(lǐng)先地位,開辟了光電芯片新賽道?!拔磥恚液蛨F(tuán)隊將始終把創(chuàng)新放在第一位,在從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的這場馬拉松長跑中,不斷地‘開山筑路’,做前沿性的科學(xué)探索;同時,建立‘沿途下蛋’機(jī)制,促進(jìn)科技成果高效轉(zhuǎn)化?!弊J缹幈硎?。
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