陳創(chuàng)天讓美國(guó)『憋屈』 15年的晶體大師

文/劉馳

陳創(chuàng)天，他的名字可能大部分中國(guó)人聽(tīng)都沒(méi)有聽(tīng)過(guò)，可在大洋彼岸的美國(guó)人，不僅知道他，還咬牙切齒地念著他的名字。他是中國(guó)科學(xué)院院士，是國(guó)家重大科研裝備研制專(zhuān)項(xiàng)“深紫外固態(tài)激光源前沿裝備”首席科學(xué)家之一，該項(xiàng)目的完成使我國(guó)成為目前世界上唯一能夠制造出實(shí)用化、精密化全固態(tài)激光器并成功應(yīng)用于前沿裝備的國(guó)家。他因此獲得了2019年國(guó)家最高科技獎(jiǎng)提名，可他沒(méi)能等到獎(jiǎng)項(xiàng)揭曉的那一天，就在2018年10月31日這天靜悄悄地走了。

在物理科學(xué)領(lǐng)域，有這樣一項(xiàng)關(guān)鍵的核心技術(shù)，被陳創(chuàng)天死死“鎖”了15年！KBBF晶體——一個(gè)像冰糖一樣的晶體，就是陳創(chuàng)天帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)合成的，讓美國(guó)“憋屈”了15年。別看它只有硬幣大小，它卻是芯片制造、激光制導(dǎo)，甚至激光武器的核心部件！這塊小小的晶體背后是陳創(chuàng)天院士長(zhǎng)達(dá)幾十年默默無(wú)聞的奉獻(xiàn)。

晶體，與人類(lèi)的關(guān)系一直很密切。自古以來(lái)，寶石和水晶的光彩備受人類(lèi)青睞，但是直到1912年科學(xué)家勞爾用X射線對(duì)晶體進(jìn)行了衍射實(shí)驗(yàn)后，晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及本質(zhì)才開(kāi)始被人們揭示出來(lái)。隨著科技的高速發(fā)展，人們需要多種多樣具有特殊性能的晶體，人工制造晶體便應(yīng)運(yùn)而生了。20世紀(jì)60年代激光的出現(xiàn)，使探索和研制高效、寬譜及具有極廣泛實(shí)用價(jià)值的紫外線非線性光學(xué)晶體，成為各國(guó)材料科學(xué)家們共同的奮斗目標(biāo)。我國(guó)政府也非常重視新型晶體的研究。

1937年2月18日，陳創(chuàng)天出生在浙江省門(mén)頭村的一個(gè)愛(ài)國(guó)知識(shí)分子家庭，自幼接受了很好的教育。新中國(guó)成立后，為了支援東北建設(shè)，陳創(chuàng)天隨著做會(huì)計(jì)師的父親全家遷至遼寧省沈陽(yáng)市。1954年，陳創(chuàng)天完成初中學(xué)業(yè)后，考入重點(diǎn)中學(xué)沈陽(yáng)二中讀高中。

上世紀(jì)50年代中期，物質(zhì)生活還很困難，陳創(chuàng)天和10多個(gè)同學(xué)擠一間宿舍，只能吃高粱米小豆飯。陳創(chuàng)天卻一直很樂(lè)觀，他堅(jiān)信中華民族“必有立足于世界民族之林的能力”。在一次物理課上，陳創(chuàng)天被老師講的“以太論”深深地吸引了。老師說(shuō)引力場(chǎng)不是“物質(zhì)”，物體之間的引力不靠物質(zhì)傳播。這種當(dāng)時(shí)頗為新穎的觀點(diǎn)在陳創(chuàng)天的腦中揮之不去，他琢磨著，兩個(gè)物體之間的相互作用怎么能不通過(guò)中間介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？這種對(duì)學(xué)問(wèn)的好奇心，促使陳創(chuàng)天跟物理打上了交道。

1956年，陳創(chuàng)天如愿考上了北大物理系。這時(shí)的北大大師云集，黃昆、褚圣麟等中國(guó)物理界先驅(qū)，成了陳創(chuàng)天的老師！在大師們的教導(dǎo)下，陳創(chuàng)天不僅學(xué)了扎實(shí)的理論物理，還確定了自己畢生的追求：“立志成為中國(guó)科學(xué)事業(yè)的棟梁，為中國(guó)科學(xué)技術(shù)趕上國(guó)際先進(jìn)水平而努力奮斗一生！”

1962年，陳創(chuàng)天從北京大學(xué)物理系畢業(yè)，成績(jī)優(yōu)異的他被北大推薦到中國(guó)科學(xué)院華東物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所（現(xiàn)改名為福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所），在盧嘉錫所長(zhǎng)的指導(dǎo)下開(kāi)始了為期三年的化學(xué)學(xué)習(xí)，其后又專(zhuān)注于非線性光學(xué)材料的研究。

1965年，陳創(chuàng)天經(jīng)過(guò)慎重考慮，決定主攻當(dāng)時(shí)中國(guó)落后世界十幾年的非線性光學(xué)材料研究。非線性光學(xué)材料應(yīng)用范圍很廣，小到醫(yī)學(xué)上的激光治療，大到國(guó)防領(lǐng)域的精確制導(dǎo)技術(shù)，可光學(xué)材料的研發(fā)特別困難，這世界上有多少物質(zhì)，就有多少種材料，陳創(chuàng)天要做的，就是從數(shù)以億萬(wàn)計(jì)的材料中，挑出能夠?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)的幾種。這項(xiàng)工作“不需要天賦”，只需要耐得住枯燥與寂寞。從此陳創(chuàng)天就陷入了計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的“沙漠”。

研究工作在我們外人看來(lái)是非?？菰锏模申悇?chuàng)天卻樂(lè)在其中。一年到頭，他幾乎沒(méi)有星期天，沒(méi)有節(jié)假日，即便是大年三十，他也在辦公室里查找文獻(xiàn)，直到保衛(wèi)人員在檢查安全時(shí)招呼他，他才醒悟過(guò)來(lái)，該回家吃年飯了。

陳創(chuàng)天在1968年首次發(fā)現(xiàn)了著名的陰離子基團(tuán)理論。功夫不負(fù)有心人，這樣的潛心研究終于獲得了回報(bào)。1976年，他提出的非線性光學(xué)效應(yīng)的陰離子基團(tuán)理論享譽(yù)國(guó)際。1977年陳創(chuàng)天被盧嘉錫正式任命為非線性光學(xué)材料探索組組長(zhǎng)，開(kāi)始了系統(tǒng)深入的研究。10年之后正是這個(gè)理論，讓陳創(chuàng)天有了重大發(fā)現(xiàn)：在硼酸鹽化合物體系中，很可能有新一代非線性光學(xué)晶體。

當(dāng)時(shí)，世界上所有的非線性光學(xué)晶體材料均為國(guó)外發(fā)現(xiàn)，中國(guó)尚未研發(fā)出自己的晶體?！八芯w材料都是像貝爾實(shí)驗(yàn)室那樣的國(guó)際頂尖的科研單位搞出來(lái)的，我們行嗎？”在1974年召開(kāi)的全國(guó)晶體生長(zhǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上，有人提出了質(zhì)疑。

兩年的研究之后，陳創(chuàng)天團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)并合成了具有很強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)的BBO晶體，這比當(dāng)時(shí)美國(guó)人用的ADP晶體效果要好4到5倍！1983年陳創(chuàng)天向國(guó)際報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)，整個(gè)激光界的大師都為之震驚！他們難以相信，中國(guó)竟還有這么先進(jìn)的材料技術(shù)！

1986年9月，第14屆國(guó)際量子電子學(xué)會(huì)議和激光與電光會(huì)議在美國(guó)舊金山召開(kāi)，來(lái)自世界各地的4000多名專(zhuān)家參加了這一新技術(shù)領(lǐng)域的盛會(huì)，陳創(chuàng)天帶著他的BBO晶體，在大會(huì)上作了僅僅15分鐘的發(fā)言，卻引發(fā)持久不息的掌聲。

國(guó)際學(xué)術(shù)界的震動(dòng)，就像洶涌的波濤，迅速?zèng)_擊了高技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門(mén)。美國(guó)有關(guān)部門(mén)在綜合分析后驚呼，在新型非線性光學(xué)晶體材料探索研究方面，美國(guó)已落后于中國(guó)。

經(jīng)過(guò)加工后只有指甲蓋大小的BBO晶體，就像一小片有機(jī)玻璃，它的價(jià)格要比黃金貴幾十倍，每小塊售價(jià)約3000美元。盡管如此，中國(guó)人自主研發(fā)的BBO晶體還是一下子成了“熱銷(xiāo)”品，當(dāng)時(shí)世界上80%的BBO都是madeinChina！這時(shí)候，陳創(chuàng)天帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，又悄悄地向前邁出了一大步。

當(dāng)時(shí)在國(guó)際上有這樣一種說(shuō)法：激光的波長(zhǎng)不可能小于200納米。然而在1990年的時(shí)候，陳創(chuàng)天的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種名為KBBF的晶體，由它產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)最短184.7納米，又是經(jīng)過(guò)6年多的實(shí)驗(yàn)，他們成功地合成了KBBF晶體，深紫外時(shí)代自此開(kāi)啟，這種晶體一面世就在國(guó)際上引發(fā)震動(dòng)。

芯片光刻技術(shù)、超導(dǎo)測(cè)量等前沿科技的核心部件都使用KBBF晶體，KBBF晶體一時(shí)間成了搶手貨，有時(shí)候一小塊就高達(dá)幾萬(wàn)美元！美國(guó)還將中國(guó)的KBBF晶體視為戰(zhàn)略物資，用于軍事用途，美國(guó)的激光反導(dǎo)機(jī)用的就是KBBF晶體。2009年，中國(guó)禁售KBBF晶體，美國(guó)一下子慌了，小到教學(xué)科研，大到激光武器的制造，跟KBBF晶體有關(guān)的項(xiàng)目，竟都一時(shí)“啞火”！

科羅拉多大學(xué)的物理學(xué)家丹尼爾，視KBBF晶體為“最寶貴的財(cái)產(chǎn)”。由于發(fā)生激光會(huì)損耗晶體，他舍不得輕易使用KBBF，實(shí)驗(yàn)室里一臺(tái)價(jià)值10萬(wàn)美元的鐳射裝置成了永遠(yuǎn)不開(kāi)機(jī)的“廢鐵”……2009年《自然》雜志甚至刊載了一篇名為《中國(guó)藏起了這種晶體》的文章大吐苦水。有人找陳創(chuàng)天以高價(jià)買(mǎi)KBBF，得到的回答很簡(jiǎn)單：不賣(mài)。美國(guó)希望用極高的薪水聘用陳創(chuàng)天，結(jié)果答復(fù)也很簡(jiǎn)單：不去。美國(guó)人沒(méi)轍了，只能學(xué)習(xí)我們艱苦奮斗的精神，也開(kāi)始“自主研發(fā)”。然而美國(guó)晶體光電主席發(fā)現(xiàn)，僅僅是復(fù)制一臺(tái)陳創(chuàng)天用2萬(wàn)美元做出來(lái)的儀器，美國(guó)人就多花費(fèi)上百倍，而且還不一定能成功！不知投入了多少人力物力財(cái)力，美國(guó)終于在2016年宣布研制出了KBBF晶體，終于在該晶體禁售15多年后，“打破了中國(guó)的封鎖”。

在美國(guó)人著急研發(fā)的時(shí)候，陳創(chuàng)天也沒(méi)有閑著。在2015年8月，陳創(chuàng)天的團(tuán)隊(duì)宣布發(fā)現(xiàn)新型材料LSBO晶體，有望成為下一代激光材料……

陳創(chuàng)天說(shuō)，現(xiàn)在液晶電視的色彩，只能反映自然界顏色的45%，而下一代將是激光電視，利用三基色激光，可反映自然界超過(guò)70%的色彩，色彩飽和度更好，其中的綠光就是通過(guò)LBO晶體的倍頻產(chǎn)生的。另外，通過(guò)我國(guó)生產(chǎn)的摻釹釩酸釔晶體和磷酸鈦氧鉀晶體倍頻產(chǎn)生的綠光被廣泛應(yīng)用于投影儀中，影像效果更好；利用KBBF晶體倍頻產(chǎn)生的193納米光源，也正應(yīng)用于大規(guī)模集成電路光刻技術(shù)中。同時(shí)，為了保護(hù)自己的科研成果，陳創(chuàng)天研究組為L(zhǎng)BO申請(qǐng)了專(zhuān)利?！澳壳爸袊?guó)LBO晶體的銷(xiāo)量占全世界80%以上，年銷(xiāo)售額超過(guò)700萬(wàn)美元。”陳創(chuàng)天說(shuō)，真正有用的成果是一定會(huì)創(chuàng)造價(jià)值的。

桃李不言，下自成蹊。這位為祖國(guó)材料研發(fā)孜孜不倦的學(xué)者，不但著書(shū)立作，將他的學(xué)術(shù)成果和研究經(jīng)驗(yàn)留給后繼者，同時(shí)也培養(yǎng)了一批包括兩院院士、“杰青”“百人”等在內(nèi)的科研才俊，為祖國(guó)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展種下希望。

在上世紀(jì)80年代，在BBO晶體大賣(mài)的時(shí)候，陳老拿著每月147元的工資，給國(guó)家創(chuàng)造了百萬(wàn)外匯。陳老的生活并不算富裕，然而他為了喜愛(ài)的科研，卻“大手大腳”。他曾經(jīng)去北大醫(yī)院看病，偶然看見(jiàn)臨床醫(yī)學(xué)生宣誓從醫(yī)的場(chǎng)景，就萌生捐資幫助醫(yī)生成長(zhǎng)的念頭，他委托妻子俞琳華將二人的畢生積蓄100萬(wàn)元捐給醫(yī)院用于神經(jīng)科學(xué)研究。

在2018年1月初，陳創(chuàng)天院士獲得國(guó)家最高科技獎(jiǎng)提名，他也很有可能在2019年初獲此殊榮?？稍趧倓傔^(guò)去的10月31日，這位曾讓美國(guó)“憋屈”了15多年的院士，因病永遠(yuǎn)離開(kāi)了我們，享年82歲。

陳老在世時(shí)，曾經(jīng)在報(bào)紙上這樣撰稿：“要投身于科學(xué)事業(yè)，首先就要下定決心，把此生無(wú)私地奉獻(xiàn)給科學(xué)，奉獻(xiàn)給祖國(guó)，奉獻(xiàn)給人民?！边@位為祖國(guó)科研事業(yè)貢獻(xiàn)一生的老人，直到暮年仍舊心系祖國(guó)科研事業(yè)，為國(guó)為民！陳創(chuàng)天跟所有的科學(xué)家一樣，只求默默無(wú)聞貢獻(xiàn)，不問(wèn)身后功與名！