■记者 虞思元
在浙江大学的实验室内，一个方形的器件发射着肉眼难以直接观察到的近红外激光，这是世界上首个电驱动钙钛矿激光器。实现这一突破的，是浙江大学光电科学与工程学院、浙大海宁国际联合学院教授狄大卫、研究员邹晨以及赵保丹教授团队，相关研究成果近日发表于国际学术期刊《自然》。
“电驱动钙钛矿激光器可以比作钙钛矿光电领域的‘珠穆朗玛峰’，是全世界数千个课题组共同追寻的目标，我们浙大团队用了7年时间，终于率先插上了中国国旗。”狄大卫自豪地告诉我们。
狄大卫在光电研究道路上探索了近20年，从澳大利亚新南威尔士大学到英国剑桥大学卡文迪许实验室，他一口气读了两个博士。2018年，他加入浙大，一直致力于探索半导体光电领域的难题与“无人区”，书写着从0到1的科研追求。
攀登钙钛矿光电领域的“珠峰”
时间追溯到2014年，狄大卫所在的剑桥大学导师团队实现了世界上第一个光驱动的钙钛矿激光器。但当时的技术只能以外部光源为激发源，通过一台飞秒激光设备来驱动钙钛矿激光的产生，设备体积庞大且昂贵，难以实现规模化应用。
“电驱动钙钛矿激光才是未来，它更小、更集成，可以和硅基光电子器件相结合，应用于可穿戴器件、光电芯片以及生物医药等领域。在剑桥大学读博时，我就开展过电驱动有机和钙钛矿激光器的一些初步尝试。当时的技术极不成熟，实验屡屡碰壁，但我对这个方向面临的挑战积累了直观的认识。”狄大卫说。
2018年回国加入浙江大学后，狄大卫瞄准这一重要未来方向布局实验室建设，组织团队开展研究，他和赵保丹等团队成员在钙钛矿发光器件方向取得进展。2021年，狄大卫团队引进了毕业于美国华盛顿大学、研究钙钛矿激光器的邹晨博士，加强了研究团队的力量。
这不是一场可以速战速决的战役。从钙钛矿发光二极管的稳定性突破、高亮度器件的开发、器件微型化的探索，到双光学微腔结构设计……在浙大的7年间，狄大卫带领团队开展的几乎所有研究，都在为电驱动钙钛矿激光器的创制奠定基础。
“实现电驱动钙钛矿激光器，是多项技术陆续突破的结果。”狄大卫解释道，就像造一辆汽车，发动机、底盘、变速箱缺一不可，每一个环节都必须得稳固。
功夫不负有心人。去年5月，他们终于研制出了期待已久的电驱动激光器。“狄老师，这次的器件终于测到激光了！”从实验室里跑出来的邹晨告诉狄大卫，声音充满了振奋和喜悦。
为了确保实验结果不是误判，他们根据领域标准进行严格的测试，排除了所有容易产生误判的其他可能性，直到实验结果一次次可控复现，又经历了几个月的优化改进后才敢确定：世界首个电驱动钙钛矿激光器，在浙大诞生了！今年8月27日，该成果成功发表于国际学术期刊《自然》。
但这并不意味着研究的终点，而是一个新的起点。“钙钛矿半导体材料在高热、高电流和电压条件下不稳定、很容易降解，我们的电驱动激光的工作寿命只有一两个小时。电驱动钙钛矿激光器领域仍处于婴儿期，非常不成熟。接下来，我们团队的研究重点是解决它的稳定性问题，还要创造更简洁、更易制备的器件架构，让它真正走向规模化应用。”狄大卫说。
从0到1的前沿探索与突破
狄大卫与光电的缘分，始于中学时期对物理学科的痴迷。2003年，结束了高二会考的他赴澳大利亚新南威尔士大学留学，在大学预科班期间了解到，学校的量子计算机和光伏太阳能电池两大科研方向走在世界前沿。最终他报考了光伏太阳能电池这一学科交叉的研究方向。
此后10年，他在新南威尔士大学光伏与可再生能源工程学院从本科一路读到第一个博士。大一结束时，狄大卫凭借优异的成绩在众多申请者中脱颖而出，成为学院当时仅有的两个进入实验室担任科研助理的本科生。博士阶段，他师从硅太阳能电池泰斗马丁·格林院士，研究硅量子点叠层太阳能电池。狄大卫在一次出于偶然兴趣而开展的实验中，发现通过施加电压，原本被认为无法发光的硅太阳能电池居然发出了红光，这让他感到惊喜又有趣。
“总觉得还应该探索更多未知，想挑战更有难度的领域。”带着这样的想法，2012年，狄大卫放弃了高薪的博士后研究岗位，去往英国剑桥大学卡文迪许实验室攻读第二个博士，师从聚合物光电子学奠基人、卡文迪许实验室讲席教授理查德·弗兰德院士，研究方向也从“光转电”转向了“电转光”，聚焦有机发光二极管领域。
最初的两三年里，狄大卫始终在艰难中摸索。直到2016年，他与合作者发现了一种新型有机发光分子，它独特的可旋转的分子构型使所有激子态都能高效发光，基于这种分子设计了溶液法制备的有机发光二极管，器件发光的外量子效率高达27.5%，创造了当时溶液法LED的世界纪录。2017年，他作为第一作者将成果发表于《科学》期刊。
提及博士期间的两位导师，狄大卫语气里满是敬佩和感激，“我的两位导师都是在各自领域里作出奠基性、突破性贡献的著名学者，都是诺奖候选人。他们对我的影响非常大，激励我去做非常前瞻、非常大胆的科学研究，而不满足于渐进式的科研。”
何谓渐进式科研？“就是别人在某个科研方向已经做到95分，我们在此基础上做一些细微改进达到96分，甚至可能是95.5分，然后以追平世界一流课题组之类的说法来感动自己，我并不觉得特别令人振奋。”狄大卫告诉记者，他在浙大的团队更希望开展的是0到1的前沿探索。“就像钙钛矿电驱动激光器，全世界的同行都认为是一个巨大挑战，要实现它特别难。我们为什么要等待国外大学发明而后跟进，而不能是由我们中国的大学率先突破？”
2017年一次回杭州探亲，狄大卫来到浙大，看到国内科研环境相较于二十年前已经发生了翻天覆地的变化，很多领域从跟跑转向并跑，甚至领跑。“现在回中国做科研是最好的，特别适合年轻人的发展，你应该回国。”浙江大学教授彭笑刚的话鼓舞了他。这位曾在美国大学担任讲席教授却最终选择回国任教的著名科学家，让狄大卫意识到：回到祖国，或许能做更大的事。
海宁提供了科研需要的土壤
其实最初回国来到浙大筹备实验室，狄大卫曾有过疑虑：要是当了课题组长，就没太多时间像学生时代、博士后时代那样尽情埋头在实验室里做科研，不能做具体实验现象的第一发现者，总觉得少了许多乐趣。
“但现在我发现，当团队负责人也有不少乐趣。比如规划与设计课题方向，和课题组成员和学生交换研究思路和数据分析的过程，既能启发他们，同时也能反过来启发我。”狄大卫坦言，虽然不能直接当“前锋”踢球进门，但是作为球队教练规划战术，指导大家向更令人激动的目标不断推进，也很有成就感。
在浙大这几年，狄大卫团队交出了一份份亮眼的“成绩单”：实现了全球首个电驱动钙钛矿激光器；开发了微型与纳米钙钛矿LED，展示了世界上最小的LED；实现了钙钛矿半导体的可控p/n型掺杂，并基于此展示了超高亮度电致发光；实现了超长寿命的钙钛矿LED……这些成果背后，既有团队日夜攻坚，也有浙江海宁这片沃土的滋养。
选择海宁，源于一场“双向奔赴”。2020年，狄大卫团队获得浙江省的重大支持，开展半导体光电子学前沿研究，建设国际领先的研究平台。
“团队在杭州的实验空间比较有限，海宁市政府和浙大海宁国际校区为我们规划了充足的实验空间，还提供了重要的配套项目和落地政策等一系列支持。”狄大卫表示，海宁国际校区的国际化氛围也深深吸引了他，这里与美国UIUC、英国爱丁堡大学等高校开展联合办学，让学术成果既能扎根祖国大地，又能辐射国际前沿。
“政府有足够的耐心，愿意支持高风险的前沿研究，这正是科研最需要的环境。”如今狄大卫经常待在浙大海宁国际校区实验室，看着学生和博士后专注的身影，仿佛看到了学生时代的自己。
作为博士生导师，狄大卫的育人理念同样敢为人先。“我招学生，主要看是不是真的热爱科研，而不是考试成绩。我从不要求他们打卡签到，而是鼓励自由探索。”狄大卫说，“相比国外学生时常彰显的个人英雄主义，中国学生虽更优秀但往往带着许多谦逊与内敛，一部分学生缺乏争创世界第一的勇气。所以我会鼓励我们的学生，‘你们和世界上任何一所顶尖大学的学生相比同样优秀或更聪明，并且拥有更好的学术基础。和本科生不同，博士生和硕士生的主要使命不是学习，而是创造新知识、发明新技术，拓宽人类的知识边界。你的研究完全有可能做到世界第一，在这个领域留下你的足迹’。”
在他看来，科研的突破不止于成果本身，更在于培育新一代的创新力量。“期待更多青年能满怀好奇心与热爱，勇闯学术‘无人区’，攀登一个又一个‘珠峰’式难题，让中国科研从0到1的故事不断发生。”
狄大卫（中）和科研团队。