南京大学祝世宁团队:勇闯“无人区”,突破光电芯片新赛道

南京大学  |  2022-11-10

11月7日,《新华日报》头版头条以《基础研究当先锋——勇闯“无人区”,突破光电芯片新赛道》为题报道了南京大学固体微结构物理国家重点实验室祝世宁院士团队致力于基础研究领域,在坚守中不断创新,开辟光电芯片制造新赛道的奋斗故事,以下为报道全文:


“新技术突破了传统飞秒激光的光衍射极限,未来或可开辟光电芯片制造新赛道。”近日,南京大学科研团队发明的一种新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术,在下一代光电芯片制造领域取得重大突破。


“光电芯片是信息技术的下一个制高点。”中国科学院院士、南京大学教授祝世宁说,南京大学固体微结构物理国家重点实验室较早探索该领域,已取得一系列国际领先的原始创新成果,“光电芯片有望成为我国率先突破的科技领域,我们应该对下一代技术更早地切入、更快地投入,争取在未来有更多的发言权。”


坚守中不断创新

把冷门做成热门


党的二十大报告提出,开辟发展新领域新赛道,不断塑造发展新动能新优势。如何开辟新赛道?

“要勇于做前人没有做过的事情。”在南京大学鼓楼校区唐仲英楼的办公室里,祝世宁话语温和却掷地有声,“以基础研究来说,刚开始可能只是科学家的一个猜想,但是经过‘大胆求证’深入研究以后,这些理念就有可能为未来技术奠定基础,甚至开辟出新的赛道。”

“把原来不被关注的领域,通过自己的科学判断,长期不懈地坚持研究下去。”祝世宁表示,正是秉持“坚守中不断创新,把冷门做成热门”的精神,南京大学固体微结构物理国家重点实验室经过几代人的努力,终于把微结构科学由无人问津做成国际前沿,并率先奔跑在光电芯片的新赛道上。

祝世宁笑称,这些年来所做的工作,就是“像玩乐高一样研究先进材料”,创新各种方法,通过微结构的设计和控制,提升材料的物理性能,实现应用上的突破。不过,“玩乐高”听起来简单,实则经历了无数艰辛。比如,在研制新型介电体超晶格材料的攻关中,为了让一个小小的芯片里能透出三种颜色的激光,团队花费了近10年时间,终于研制出世界上第一台光学超晶格全固态红、绿、蓝三基色激光器。

做前人没有做过的事情,需要勇气和实力,也需要前瞻性思维。自2000年起,祝世宁团队就将光学超晶格研究从经典光学拓展至量子光学,经过多年开拓创新,已利用光学超晶格研制成功全球首枚高速调控的铌酸锂光量子芯片,实现了全球首个具有移动光学中继的无人机光量子网络试验。“记得当时我们辗转南京、石家庄、兰州等地进行实验,克服了重重困难,终于在国际上首次实现通过无人机在两个地面站之间进行纠缠光子分发。”


为“高精尖”研究 

打造高水平科研平台


“每一个新的科学理念,都需要通过科学实验来验证、来实现。”勇闯科研“无人区”数十年,祝世宁深刻感受到,随着科学技术越来越向“高精尖”发展,基础研究的方式方法也在不断演进,对科研平台、科研仪器的要求也越来越高,比如他们研制的光电芯片的加工精度,几乎是一根头发丝的千分之一,同时还要进行大面积的集成,难度可想而知。

要补齐基础研究的短板,重视高水平科研平台的建设,加大对科学装置、高科技仪器的投入;同时,要改变“撒胡椒面”式的支持方式,选择前沿科技领域进行重点支持。祝世宁对此有着很深的思考。

为促进基础研究的想法落地,2018年,祝世宁团队在南京大学和南京江北新区支持下,创建了南智先进光电集成技术研究院(下称“南智光电”),瞄准下一代光电芯片技术在基础材料、器件工艺等方面的需求,开展研发工作。

中红外超晶格激光器、自由空间无人机高速通信系统、超构材料平面透镜、高分辨光谱相机……4年来,在南智光电这一科研平台上,科学家们将头脑中的一个个奇思妙想转变为现实。最近的突破性成果——新型“非互易飞秒激光极化铁电畴”技术,把光雕刻铌酸锂三维结构的尺寸,从传统的1微米量级,首次缩小到纳米级,达到30纳米,大大提高了加工精度。该技术有望用于光电调制器、声学滤波器等关键光电器件在芯片上的制备,在5G/6G通信、光计算、人工智能等领域有广泛的应用前景。


既要“开山筑路”

也要“沿途下蛋”


“基础研究是原始创新的源头、核心技术的关键,是实现科技自立自强的基石。”祝世宁认为,当下,面对国家重大战略需求和经济社会发展面临的挑战,开展目标导向的应用基础研究尤为重要。

2019年起,我省启动实施前沿引领技术重大基础研究项目,支持50位顶尖科学家开展变革性技术探索,对重大科学前沿或重大产业前瞻问题进行超前部署。祝世宁团队进入首批名单,获得2000万元项目经费,积极布局下一代芯片——铌酸锂集成光子芯片的研发。

“前沿引领技术的突破,能促进产业升级,甚至颠覆整个行业。”祝世宁说,南智光电一端连接南大固体微结构物理国家重点实验室等国家平台,面向世界科技前沿,开展应用基础研究;另一端连接高新技术园区,与科技领军企业一同聚焦并攻关重大共性产业技术问题,探索实现创新链连接产业链的可行路径。

今年7月29日,南智芯材铌酸锂晶体产业化项目正式签约,该项目正在进行国际上最大尺寸——8英寸的铌酸锂晶体的产业化示范和布局。创建4年来,已有近30家光电类初创公司在南智光电平台上孵化和集聚,这些初创公司获得了近10亿元社会资本的投入。同时,南智光电已为全国近200家企业和研究单位提供技术服务,帮助他们解决科研难题、突破产业化技术瓶颈,产生了积极的社会反响和实实在在的经济效益。2021年,在南京江北新区、省产业技术研究院和南京大学支持下,南智光电联合兄弟单位,获批建设江苏省光电技术创新中心。

新中心、新平台、新起点,作为光电芯片领域的先行者,祝世宁带领团队勇当开路先锋,在激烈的国际竞争中持续保持领先地位,开辟了光电芯片新赛道。“未来,我和团队将始终把创新放在第一位,在从基础研究到产业化的这场马拉松长跑中,不断地‘开山筑路’,做前沿性的科学探索;同时,建立‘沿途下蛋’机制,促进科技成果高效转化。”祝世宁表示。

责任编辑:曹竞