前沿关键新型材料研究看向未来数十年

李周羲 伍轶

随着电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，曾在与电子芯片竞争中落后的光子芯片，逐步进入潜在颠覆性技术布局行列。近日，半导体巨头英特尔和英伟达宣布投资Ayar Labs，华为入股微源光子及长光华芯，格芯推出新硅光子技术，新思科推出全球首个开放式硅光子平台……一批国内外大厂对“光芯片”赛道的探索，同样激起光电材料研究领域的相关讨论。

“随着5G、人工智能、物联网等新信息产业飞速发展，对低功耗、高速、集成化、多功能化的新一代信息技术需求不断增长，未来信息应用领域获得突破性进展的主要方向是获得具有更高性能、更加多功能化的新颖材料载体，这需要在材料科学上做出重要突破。”电子科技大学基础与前沿研究院（简称：基础院）院长王志明指出。

新型材料从何而来？其基于研究者的想象力和创造力，源自基础研究与前沿研究，依赖长达10年、20年甚至更长时间的不懈探索与投入。王志明举例到，基于低维光电材料实现大规模光子集成是近30年材料领域的研究热点和前沿，各国争相抢占技术优势，到目前才形成初步基础理论研究、核心技术开发成果和人才储备。

“在研究者的共同努力下，我国低维材料的研发与世界先进水平持平，发表的学术论文和申请的专利数量已走在世界前列，但在原创性成果方面仍有不足。”王志明指出，虽然低维材料研究的大门已经被逐渐打开，但是充分认识其内在物理机制并将其有效应用在新一代光电器件中还亟待深入地研究与开发。“从概念期到成长期最后到成熟期，是所有新型材料发展的必经之路，一旦技术成果落地，将形成真正的竞争力。”

基础前沿研究：从无到有

基础研究被视为整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。

2014年，电子科技大學成立基础院时，将其定义为“增强原始创新能力，提升整体基础研究水平和学术影响力而特别筹建的‘学术特区’”。以学校优势学科为支撑，基础院主要围绕物理学、材料科学与工程、光学工程等电子科大优势学科领域共性问题开展基础研究，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，基础院已建成1个国家级平台和1个省级平台，形成一支汇聚中国科学院院士、诺贝尔名誉教授、海外院士的高度国际化的高水平研究队伍，发表学术论文1300余篇。其中SCI一区论文500余篇，面向国家需求新增主持10余项重大重点项目。

光电材料是基础院瞄准的重点内容之一，2019年，电子科技大学“低维光电材料学科创新引智基地”入选国家高等学校学科创新引智计划，将用5-10年的时间做成真正国际一流的低维光电材料研究中心。

王志明分享了基地打造的亮点之一——与国际化接轨。他强调，新型材料产业的本质非常宽泛，涉及电子科学与技术、光学工程、材料科学与工程、物理学等多学科，要保持这种多样性，一是需要不同学科背景的人才，二是通过引进国外专家为一些重大重点研发项目做支撑，实现思想的碰撞。

当前，基地形成了包括10余名国家级特聘专家、国家青年特聘专家、青年长江学者等组成的国内团队和10余名海外院士、著名学会会士组成的国外团队。以团队研究领域与研究成果为基础，以大规模光子芯片为核心主题，基地主要开展低维光电材料、纳米光电器件、大规模光子集成电路三个研究方向，致力于利用低维光电材料实现高集成度、低功耗、高性能光子集成电路涉及的关键科学问题和关键技术问题。

解决落地之难：向前沿倾斜

技术完成从0到1的突破后，距离顺利落地应用还有很长一段路要走。

2017年，王志明教授团队与国内外高校的合作者成功利用脉冲激光在纯水中实现持续高速的水流喷射，首次实现了激光驱动流体。目前，团队一方面正着重对流体的相关物理参数进行研究，一方面开展激光手写、雕刻液体、激光搬运等相关应用。王志明透露，基于光致液体形变、光雕刻流体、光驱动液体运动等优异性能，团队未来将继续开发更多更贴近工业化的应用和产品，促进基础科学研究产业转化。

毫无疑问，对于耗时太长的基础和前沿研究成果的转化，稳定和长期的支持必不可少。

王志明关注到，从国家到地方，对于基础和前沿研究的支持正在加码，包括国家自然基金、科技部国家重点研发项目等都有对于新型材料的倾斜；近期，《四川省自然科学基金项目管理办法（征求意见稿）》出炉，四川将进一步支持基础研究、应用基础研究和前沿技术研究。

“但技术的落地，特别是新概念材料等前沿研究的落地，需要考虑谁来买单、如何买单的问题。”王志明指出，在打造政产学研用链条的过程中，有多个关键点可以打通。一是希望地方敢于投一些风险性高、耗时长的概念性的材料方向，以此打造产业先发优势；二是科研工作者要把自己的工作阐述清楚，并借助公开渠道完成对技术成果的科普；三是需建设更为聚焦的双向平台，实现资源共享、供需对接；四是通过阶段支持方式降低前期研究开发风险并推动技术成果落地。“个人建议可以借鉴美国‘小企业创新研究资助计划（SBIR计划）’和‘小企业技术转移资助计划（STTR计划）’，设立研发基金，分阶段给予研发机构支持。第一阶段对新创意和新技术进行科学性、技术性和商业性可行性研究；第二阶段对第一阶段的研究成果进行拓展，并考虑商业化前景；第三阶段将第二阶段的研究成果推向市场，完成商业化。”