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“新技術(shù)突破了傳統(tǒng)飛秒激光的光衍射極限，未來(lái)或可開(kāi)辟光電芯片制造新賽道。”近日，南京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)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(gè)制高點(diǎn)。”中國(guó)科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授祝世寧說(shuō)，南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室較早探索該領(lǐng)域，已取得一系列國(guó)際領(lǐng)先的原始創(chuàng)新成果，“光電芯片有望成為我國(guó)率先突破的科技領(lǐng)域，我們應(yīng)該對(duì)下一代技術(shù)更早地切入、更快地投入，爭(zhēng)取在未來(lái)有更多的發(fā)言權(quán)。”
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(jiān)守中不斷創(chuàng)新，把冷門做成熱門
黨的二十大報(bào)告提出，開(kāi)辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢(shì)。如何開(kāi)辟新賽道？
“要勇于做前人沒(méi)有做過(guò)的事情。”在南京大學(xué)鼓樓校區(qū)唐仲英樓的辦公室里，祝世寧話語(yǔ)溫和卻擲地有聲，“以基礎(chǔ)研究來(lái)說(shuō)，剛開(kāi)始可能只是科學(xué)家的一個(gè)猜想，但是經(jīng)過(guò)‘大膽求證’深入研究以后，這些理念就有可能為未來(lái)技術(shù)奠定基礎(chǔ)，甚至開(kāi)辟出新的賽道。”
“把原來(lái)不被關(guān)注的領(lǐng)域，通過(guò)自己的科學(xué)判斷，長(zhǎng)期不懈地堅(jiān)持研究下去。”祝世寧表示，正是秉持“堅(jiān)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)幾代人的努力，終于把微結(jié)構(gòu)科學(xué)由無(wú)人問(wèn)津做成國(guó)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(lái)所做的工作，就是“像玩樂(lè)高一樣研究先進(jìn)材料”，創(chuàng)新各種方法，通過(guò)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制，提升材料的物理性能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用上的突破。不過(guò)，“玩樂(lè)高”聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)則經(jīng)歷了無(wú)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(gè)小小的芯片里能透出三種顏色的激光，團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了近10年時(shí)間，終于研制出世界上第一臺(tái)光學(xué)超晶格全固態(tài)紅、綠、藍(lán)三基色激光器。
做前人沒(méi)有做過(guò)的事情，需要勇氣和實(shí)力，也需要前瞻性思維。自2000年起，祝世寧團(tuán)隊(duì)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(guò)多年開(kāi)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(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)具有移動(dòng)光學(xué)中繼的無(wú)人機(jī)光量子網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。“記得當(dāng)時(shí)我們輾轉(zhuǎn)南京、石家莊、蘭州等地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，克服了重重困難，終于在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)人機(jī)在兩個(gè)地面站之間進(jìn)行糾纏光子分發(fā)。”
為“高精尖”研究打造高水平科研平臺(tái)
“每一個(gè)新的科學(xué)理念，都需要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證、來(lái)實(shí)現(xiàn)。”勇闖科研“無(wú)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(lái)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(duì)科研平臺(tái)、科研儀器的要求也越來(lái)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(shí)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(tái)的建設(shè)，加大對(duì)科學(xué)裝置、高科技儀器的投入；同時(shí)，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(duì)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(duì)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(kāi)展研發(fā)工作。
中紅外超晶格激光器、自由空間無(wú)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(lái)，在南智光電這一科研平臺(tái)上，科學(xué)家們將頭腦中的一個(gè)個(gè)奇思妙想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。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(jí)，首次縮小到納米級(jí)，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(jì)算、人工智能等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
既要“開(kāi)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(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)的基石。”祝世寧認(rèn)為，當(dāng)下，面對(duì)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，開(kāi)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(dòng)實(shí)施前沿引領(lǐng)技術(shù)重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，支持50位頂尖科學(xué)家開(kāi)展變革性技術(shù)探索，對(duì)重大科學(xué)前沿或重大產(chǎn)業(yè)前瞻問(wèn)題進(jìn)行超前部署。祝世寧團(tuán)隊(duì)進(jìn)入首批名單，獲得2000萬(wàn)元項(xiàng)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(jí)，甚至顛覆整個(gè)行業(yè)。”祝世寧說(shuō)，南智光電一端連接南大固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等國(guó)家平臺(tái)，面向世界科技前沿，開(kāi)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(wèn)題，探索實(shí)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(xiàng)目正式簽約，該項(xiàng)目正在進(jìn)行國(guó)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(lái)，已有近30家光電類初創(chuàng)公司在南智光電平臺(tái)上孵化和集聚，這些初創(chuàng)公司獲得了近10億元社會(huì)資本的投入。同時(shí)，南智光電已為全國(guó)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(huì)反響和實(shí)實(shí)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(tái)、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(duì)勇當(dāng)開(kāi)路先鋒，在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中持續(xù)保持領(lǐng)先地位，開(kāi)辟了光電芯片新賽道。“未來(lái)，我和團(tuán)隊(duì)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(chǎng)馬拉松長(zhǎng)跑中，不斷地‘開(kāi)山筑路’，做前沿性的科學(xué)探索；同時(shí)，建立‘沿途下蛋’機(jī)制，促進(jìn)科技成果高效轉(zhuǎn)化。”祝世寧表示。
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