2026年2月,一则振奋人心的消息如春雷般炸响——中国科学院面向全球郑重宣布:我国科学家成功研制出新型“中国牌”晶体——氟化硼酸铵(ABF)晶体。这一具有划时代意义的科研成果,不仅荣登国际顶级学术期刊《自然》封面,更标志着中国在被西方长期严密垄断的高精尖光学材料领域,再次筑起了一座坚不可摧的技术长城,引领全球科技迈向新的高度。
新型晶体:三项世界纪录闪耀全球
ABF晶体由中国科学院新疆理化技术研究所的科研精英团队精心打造。在直接倍频真空紫外激光输出这一前沿领域,它实现了全方位的重大突破,一举刷新三项世界纪录:直接倍频输出波长最短达158.9纳米,这一突破让激光能够深入微观世界,揭示更多未知的奥秘;纳秒177.3纳米激光直接倍频输出能量高达4.8毫焦,为高能量激光应用提供了坚实支撑;转换效率最高达7.9%,极大地提升了激光输出的效能,降低了能源消耗。这些卓越的性能参数,如同璀璨的星辰,照亮了激光技术发展的新道路。
回顾历史,中国在非线性光学晶体领域的研究起步早、成果丰硕。上世纪90年代,中国老一辈科学家凭借着卓越的智慧和顽强的毅力,成功研制出氟代硼铍酸钾晶体(KBBF)。在过去的30多年里,它是全球唯一能通过直接倍频技术实现200纳米以下真空紫外激光输出的实用晶体,为中国乃至全球的激光科学研究立下了汗马功劳。然而,随着科技浪潮的汹涌澎湃,激光技术对材料性能的要求日益严苛,研发新一代真空紫外非线性光学晶体迫在眉睫。ABF晶体的横空出世,正是对这一时代需求的完美回应,开启了中国激光材料研究的新篇章。
科研征程:十年磨一剑铸就辉煌
ABF晶体的研制之路,充满了艰辛与挑战,是科研团队近十年心血的结晶。2007年,中国科学院新疆理化技术研究所研究员潘世烈高瞻远瞩,敏锐地察觉到寻找兼具更短输出波长、更大输出能量、更高转换效率的新材料体系的重要性。他毅然决然地带领团队,组建了一支覆盖理论计算、材料合成、晶体生长、器件加工、激光输出等全链条的创新团队,踏上了这条充满未知的科研征程。
在理论层面,团队大胆创新,提出了真空紫外非线性光学晶体氟化设计及性能调控机制。他们攻克了“大带隙 - 大倍频效应 - 高双折射率 - 短紫外截止边”协同调控这一世界级难题,如同在复杂的迷宫中找到了正确的出口,成功创制出以ABF为代表的系列高性能晶体,为后续的研究奠定了坚实的理论基础。
在材料合成与晶体生长方面,团队更是付出了常人难以想象的努力。他们创新性地将元素周期表中电负性最大的氟元素引入硼酸盐体系,构筑起氟化硼酸盐基团,这一创举如同为晶体生长注入了神奇的魔力,成功设计合成出ABF晶体。然而,要将晶体生长到足够大的尺寸并非易事。科研人员全年无休,日夜坚守在自研的晶体生长装备旁,像呵护婴儿一样精心调节优化生长参数。经过3年的不懈努力,他们终于将晶体尺寸从毫米级提升至厘米级,最大可达4厘米,为后续的器件加工和应用提供了充足的材料保障。
应用前景:多领域战略赋能未来
ABF晶体凭借其卓越的性能,在多个关键领域具有不可替代的战略价值,如同一把万能钥匙,为众多领域的发展打开了新的大门。
在基础科学前沿,它将成为探索物质微观奥秘的“超级显微镜”。激光的波长越短、能量越大,仪器的分辨率就越高。在超导机理研究方面,ABF晶体有望帮助科学家看清以往难以观测的现象,从源头上实现技术突破,推动超导领域的发展迈向新的台阶。
在高端制造领域,ABF晶体产生的真空紫外激光可应用于超高精密微加工等领域,显著提升加工精度与效率。短波长、高光子能量激光可用于纳米级精度的切割、钻孔与表面处理,在航空航天、医疗器械等高端制造领域实现更高效、更精密的加工,为我国制造强国战略的实施提供有力支撑。
此外,ABF晶体还有望为空间激光通信等新兴领域与“无人区”领域提供新的技术路径。其独特的波长特性可实现抗干扰、高保密的数据传输,助力我国在空间通信领域创造新的国际需求,提升我国在全球科技竞争中的话语权。
国际影响:引领科技新潮流展风采
ABF晶体的成功研制,不仅是中国科技实力的生动体现,更在国际科技界引发了强烈反响。德国某光刻设备供应商在得知消息后,第一时间发来邮件询问是否可开放ABF晶体外销通道,希望借助这一先进材料提升其设备的性能;日本一家同步辐射中心连夜调整了下季度实验排期,将原定用进口晶体做的真空紫外光谱测量全部替换成“待中国样品到货后重排”,期待利用ABF晶体开展更深入的研究。
面对国际社会的广泛关注和赞誉,中国科学院表示,科研团队将持续开展ABF晶体稳定生长技术、器件加工工艺及激光光源应用的研究,力争实现更短波长、更高功率的全固态真空紫外光源创新,为我国精密制造、前沿科研装备提供更加坚实有力的支撑。
从KBBF晶体到ABF晶体,中国科学家用两代人的坚守诠释了“十年磨一剑”的科研精神。当158.9纳米的真空紫外激光穿透黑暗,照亮的不仅是实验室的仪器,更是中国科技从“跟跑”到“领跑”的复兴之路。我们有理由相信,随着激光器和原创装备的落地,这颗“中国芯”将在世界科技的舞台上绽放出更加耀眼的光芒,为人类科技进步作出更大的贡献。