前沿關(guān)鍵新型材料研究看向未來(lái)數(shù)十年

李周羲 伍軼

隨著電子芯片的發(fā)展逼近摩爾定律極限，曾在與電子芯片競(jìng)爭(zhēng)中落后的光子芯片，逐步進(jìn)入潛在顛覆性技術(shù)布局行列。近日，半導(dǎo)體巨頭英特爾和英偉達(dá)宣布投資Ayar Labs，華為入股微源光子及長(zhǎng)光華芯，格芯推出新硅光子技術(shù)，新思科推出全球首個(gè)開(kāi)放式硅光子平臺(tái)……一批國(guó)內(nèi)外大廠對(duì)“光芯片”賽道的探索，同樣激起光電材料研究領(lǐng)域的相關(guān)討論。

“隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)低功耗、高速、集成化、多功能化的新一代信息技術(shù)需求不斷增長(zhǎng)，未來(lái)信息應(yīng)用領(lǐng)域獲得突破性進(jìn)展的主要方向是獲得具有更高性能、更加多功能化的新穎材料載體，這需要在材料科學(xué)上做出重要突破?！彪娮涌萍即髮W(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院（簡(jiǎn)稱：基礎(chǔ)院）院長(zhǎng)王志明指出。

新型材料從何而來(lái)？其基于研究者的想象力和創(chuàng)造力，源自基礎(chǔ)研究與前沿研究，依賴長(zhǎng)達(dá)10年、20年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的不懈探索與投入。王志明舉例到，基于低維光電材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光子集成是近30年材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿，各國(guó)爭(zhēng)相搶占技術(shù)優(yōu)勢(shì)，到目前才形成初步基礎(chǔ)理論研究、核心技術(shù)開(kāi)發(fā)成果和人才儲(chǔ)備。

“在研究者的共同努力下，我國(guó)低維材料的研發(fā)與世界先進(jìn)水平持平，發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和申請(qǐng)的專利數(shù)量已走在世界前列，但在原創(chuàng)性成果方面仍有不足?！蓖踔久髦赋觯m然低維材料研究的大門已經(jīng)被逐漸打開(kāi)，但是充分認(rèn)識(shí)其內(nèi)在物理機(jī)制并將其有效應(yīng)用在新一代光電器件中還亟待深入地研究與開(kāi)發(fā)?！皬母拍钇诘匠砷L(zhǎng)期最后到成熟期，是所有新型材料發(fā)展的必經(jīng)之路，一旦技術(shù)成果落地，將形成真正的競(jìng)爭(zhēng)力。”

基礎(chǔ)前沿研究：從無(wú)到有

基礎(chǔ)研究被視為整個(gè)科學(xué)體系的源頭，是所有技術(shù)問(wèn)題的總機(jī)關(guān)。

2014年，電子科技大學(xué)成立基礎(chǔ)院時(shí)，將其定義為“增強(qiáng)原始創(chuàng)新能力，提升整體基礎(chǔ)研究水平和學(xué)術(shù)影響力而特別籌建的‘學(xué)術(shù)特區(qū)’”。以學(xué)校優(yōu)勢(shì)學(xué)科為支撐，基礎(chǔ)院主要圍繞物理學(xué)、材料科學(xué)與工程、光學(xué)工程等電子科大優(yōu)勢(shì)學(xué)科領(lǐng)域共性問(wèn)題開(kāi)展基礎(chǔ)研究，形成了量子信息研究中心、集成光子研究中心、新材料研究中心、新能源研究中心和人工智能研究中心。

截至目前，基礎(chǔ)院已建成1個(gè)國(guó)家級(jí)平臺(tái)和1個(gè)省級(jí)平臺(tái)，形成一支匯聚中國(guó)科學(xué)院院士、諾貝爾名譽(yù)教授、海外院士的高度國(guó)際化的高水平研究隊(duì)伍，發(fā)表學(xué)術(shù)論文1300余篇。其中SCI一區(qū)論文500余篇，面向國(guó)家需求新增主持10余項(xiàng)重大重點(diǎn)項(xiàng)目。

光電材料是基礎(chǔ)院瞄準(zhǔn)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，2019年，電子科技大學(xué)“低維光電材料學(xué)科創(chuàng)新引智基地”入選國(guó)家高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃，將用5-10年的時(shí)間做成真正國(guó)際一流的低維光電材料研究中心。

王志明分享了基地打造的亮點(diǎn)之一——與國(guó)際化接軌。他強(qiáng)調(diào)，新型材料產(chǎn)業(yè)的本質(zhì)非常寬泛，涉及電子科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)工程、材料科學(xué)與工程、物理學(xué)等多學(xué)科，要保持這種多樣性，一是需要不同學(xué)科背景的人才，二是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外專家為一些重大重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目做支撐，實(shí)現(xiàn)思想的碰撞。

當(dāng)前，基地形成了包括10余名國(guó)家級(jí)特聘專家、國(guó)家青年特聘專家、青年長(zhǎng)江學(xué)者等組成的國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)和10余名海外院士、著名學(xué)會(huì)會(huì)士組成的國(guó)外團(tuán)隊(duì)。以團(tuán)隊(duì)研究領(lǐng)域與研究成果為基礎(chǔ)，以大規(guī)模光子芯片為核心主題，基地主要開(kāi)展低維光電材料、納米光電器件、大規(guī)模光子集成電路三個(gè)研究方向，致力于利用低維光電材料實(shí)現(xiàn)高集成度、低功耗、高性能光子集成電路涉及的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

解決落地之難：向前沿傾斜

技術(shù)完成從0到1的突破后，距離順利落地應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段路要走。

2017年，王志明教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外高校的合作者成功利用脈沖激光在純水中實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速的水流噴射，首次實(shí)現(xiàn)了激光驅(qū)動(dòng)流體。目前，團(tuán)隊(duì)一方面正著重對(duì)流體的相關(guān)物理參數(shù)進(jìn)行研究，一方面開(kāi)展激光手寫(xiě)、雕刻液體、激光搬運(yùn)等相關(guān)應(yīng)用。王志明透露，基于光致液體形變、光雕刻流體、光驅(qū)動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)等優(yōu)異性能，團(tuán)隊(duì)未來(lái)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)更多更貼近工業(yè)化的應(yīng)用和產(chǎn)品，促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于耗時(shí)太長(zhǎng)的基礎(chǔ)和前沿研究成果的轉(zhuǎn)化，穩(wěn)定和長(zhǎng)期的支持必不可少。

王志明關(guān)注到，從國(guó)家到地方，對(duì)于基礎(chǔ)和前沿研究的支持正在加碼，包括國(guó)家自然基金、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目等都有對(duì)于新型材料的傾斜；近期，《四川省自然科學(xué)基金項(xiàng)目管理辦法（征求意見(jiàn)稿）》出爐，四川將進(jìn)一步支持基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究。

“但技術(shù)的落地，特別是新概念材料等前沿研究的落地，需要考慮誰(shuí)來(lái)買單、如何買單的問(wèn)題?！蓖踔久髦赋?，在打造政產(chǎn)學(xué)研用鏈條的過(guò)程中，有多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可以打通。一是希望地方敢于投一些風(fēng)險(xiǎn)性高、耗時(shí)長(zhǎng)的概念性的材料方向，以此打造產(chǎn)業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)；二是科研工作者要把自己的工作闡述清楚，并借助公開(kāi)渠道完成對(duì)技術(shù)成果的科普；三是需建設(shè)更為聚焦的雙向平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源共享、供需對(duì)接；四是通過(guò)階段支持方式降低前期研究開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)并推動(dòng)技術(shù)成果落地。“個(gè)人建議可以借鑒美國(guó)‘小企業(yè)創(chuàng)新研究資助計(jì)劃（SBIR計(jì)劃）’和‘小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移資助計(jì)劃（STTR計(jì)劃）’，設(shè)立研發(fā)基金，分階段給予研發(fā)機(jī)構(gòu)支持。第一階段對(duì)新創(chuàng)意和新技術(shù)進(jìn)行科學(xué)性、技術(shù)性和商業(yè)性可行性研究；第二階段對(duì)第一階段的研究成果進(jìn)行拓展，并考慮商業(yè)化前景；第三階段將第二階段的研究成果推向市場(chǎng)，完成商業(yè)化?！?/p>