前沿關鍵新型材料研究看向未來數十年

李周羲 伍軼

隨著電子芯片的發展逼近摩爾定律極限，曾在與電子芯片競爭中落后的光子芯片，逐步進入潛在顛覆性技術布局行列。近日，半導體巨頭英特爾和英偉達宣布投資Ayar Labs，華為入股微源光子及長光華芯，格芯推出新硅光子技術，新思科推出全球首個開放式硅光子平臺……一批國內外大廠對“光芯片”賽道的探索，同樣激起光電材料研究領域的相關討論。

“隨著5G、人工智能、物聯網等新信息產業飛速發展，對低功耗、高速、集成化、多功能化的新一代信息技術需求不斷增長，未來信息應用領域獲得突破性進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，這需要在材料科學上做出重要突破。”電子科技大學基礎與前沿研究院（簡稱：基礎院）院長王志明指出。

新型材料從何而來？其基于研究者的想象力和創造力，源自基礎研究與前沿研究，依賴長達10年、20年甚至更長時間的不懈探索與投入。王志明舉例到，基于低維光電材料實現大規模光子集成是近30年材料領域的研究熱點和前沿，各國爭相搶占技術優勢，到目前才形成初步基礎理論研究、核心技術開發成果和人才儲備。

“在研究者的共同努力下，我國低維材料的研發與世界先進水平持平，發表的學術論文和申請的專利數量已走在世界前列，但在原創性成果方面仍有不足。”王志明指出，雖然低維材料研究的大門已經被逐漸打開，但是充分認識其內在物理機制并將其有效應用在新一代光電器件中還亟待深入地研究與開發。“從概念期到成長期最后到成熟期，是所有新型材料發展的必經之路，一旦技術成果落地，將形成真正的競爭力。”

基礎前沿研究：從無到有

基礎研究被視為整個科學體系的源頭，是所有技術問題的總機關。

2014年，電子科技大學成立基礎院時，將其定義為“增強原始創新能力，提升整體基礎研究水平和學術影響力而特別籌建的‘學術特區’”。以學校優勢學科為支撐，基礎院主要圍繞物理學、材料科學與工程、光學工程等電子科大優勢學科領域共性問題開展基礎研究，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，基礎院已建成1個國家級平臺和1個省級平臺，形成一支匯聚中國科學院院士、諾貝爾名譽教授、海外院士的高度國際化的高水平研究隊伍，發表學術論文1300余篇。其中SCI一區論文500余篇，面向國家需求新增主持10余項重大重點項目。

光電材料是基礎院瞄準的重點內容之一，2019年，電子科技大學“低維光電材料學科創新引智基地”入選國家高等學校學科創新引智計劃，將用5-10年的時間做成真正國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之一——與國際化接軌。他強調，新型材料產業的本質非常寬泛，涉及電子科學與技術、光學工程、材料科學與工程、物理學等多學科，要保持這種多樣性，一是需要不同學科背景的人才，二是通過引進國外專家為一些重大重點研發項目做支撐，實現思想的碰撞。

當前，基地形成了包括10余名國家級特聘專家、國家青年特聘專家、青年長江學者等組成的國內團隊和10余名海外院士、著名學會會士組成的國外團隊。以團隊研究領域與研究成果為基礎，以大規模光子芯片為核心主題，基地主要開展低維光電材料、納米光電器件、大規模光子集成電路三個研究方向，致力于利用低維光電材料實現高集成度、低功耗、高性能光子集成電路涉及的關鍵科學問題和關鍵技術問題。

解決落地之難：向前沿傾斜

技術完成從0到1的突破后，距離順利落地應用還有很長一段路要走。

2017年，王志明教授團隊與國內外高校的合作者成功利用脈沖激光在純水中實現持續高速的水流噴射，首次實現了激光驅動流體。目前，團隊一方面正著重對流體的相關物理參數進行研究，一方面開展激光手寫、雕刻液體、激光搬運等相關應用。王志明透露，基于光致液體形變、光雕刻流體、光驅動液體運動等優異性能，團隊未來將繼續開發更多更貼近工業化的應用和產品，促進基礎科學研究產業轉化。

毫無疑問，對于耗時太長的基礎和前沿研究成果的轉化，穩定和長期的支持必不可少。

王志明關注到，從國家到地方，對于基礎和前沿研究的支持正在加碼，包括國家自然基金、科技部國家重點研發項目等都有對于新型材料的傾斜；近期，《四川省自然科學基金項目管理辦法（征求意見稿）》出爐，四川將進一步支持基礎研究、應用基礎研究和前沿技術研究。

“但技術的落地，特別是新概念材料等前沿研究的落地，需要考慮誰來買單、如何買單的問題。”王志明指出，在打造政產學研用鏈條的過程中，有多個關鍵點可以打通。一是希望地方敢于投一些風險性高、耗時長的概念性的材料方向，以此打造產業先發優勢；二是科研工作者要把自己的工作闡述清楚，并借助公開渠道完成對技術成果的科普；三是需建設更為聚焦的雙向平臺，實現資源共享、供需對接；四是通過階段支持方式降低前期研究開發風險并推動技術成果落地。“個人建議可以借鑒美國‘小企業創新研究資助計劃（SBIR計劃）’和‘小企業技術轉移資助計劃（STTR計劃）’，設立研發基金，分階段給予研發機構支持。第一階段對新創意和新技術進行科學性、技術性和商業性可行性研究；第二階段對第一階段的研究成果進行拓展，并考慮商業化前景；第三階段將第二階段的研究成果推向市場，完成商業化。”