石英片上，厚度僅(jin) 有1至3微米的轉角菱方氮化硼晶體(ti) 薄如蟬翼，能效卻比傳(chuan) 統光學晶體(ti) 有了100倍至1萬(wan) 倍的提升——這是我國科學家發明的世界上已知最薄的光學晶體(ti) 。4月25日舉(ju) 行的2024中關(guan) 村論壇年會(hui) 開幕式上，這一晶體(ti) 作為(wei) 重大成果發布。

圖為(wei) 熔融石英上的菱方氮化硼晶體(ti) 。（受訪者供圖）

光學晶體(ti) 是激光技術的“心髒”。“激光技術是我們(men) 當前科技文明的基石，在微納加工、量子光源、生物監測等領域大放光彩。”北京大學物理學院教授劉開輝介紹，激光技術的突破高度依賴於(yu) 一種特殊材料——光學晶體(ti) 。

集成化、微型化、多功能化是未來激光器的發展方向。但傳(chuan) 統光學晶體(ti) 很難在有限厚度內(nei) 高效產(chan) 出激光，因此製備更輕薄的光學晶體(ti) 成為(wei) 各國科學家競相研發的焦點。

中國科學家經反複組合嚐試，鎖定輕巧的氮化硼為(wei) 最優(you) 選擇。然而實驗發現，隻是把氮化硼分子一層一層堆疊起來，當激光穿過時會(hui) 發生“步調不一致”即相位失配現象，這將阻礙激光的高效輸出，也就無法直接作為(wei) 光學晶體(ti) 用於(yu) 激光器製造。

圖為(wei) 轉角光學晶體(ti) 原位加工和檢測係統。（受訪者供圖）

北京大學物理學院量子材料科學中心王恩哥院士、凝聚態物理與(yu) 材料物理研究所劉開輝教授和洪浩特聘副研究員等研究人員創造了一種新的晶體(ti) 設計方法：把每塊菱方氮化硼材料像擰魔方一樣轉動特定角度，堆疊而成的光學晶體(ti) 就能降低激光穿過的能耗，高效產(chan) 出所需的激光。

我國科學家首創的晶體(ti) 設計理論與(yu) 製備方法相結合，成功使光學晶體(ti) “瘦身”至1至3微米。而傳(chuan) 統光學晶體(ti) 厚度要在毫米級到厘米級。

研發團隊將這一方法歸納為(wei) 二維材料的界麵轉角理論。“該理論的應用有望讓激光器的尺寸縮小至微米級。一些過去無法製造光學晶體(ti) 的材料，也有望在材料堆疊角度的轉動中再次煥發生機。”劉開輝對記者說。

來源：新華視點