5年前的初夏，中國科學院物理研究所（以下簡稱物理所）研究員陸凌課題組面臨困難處境。彼時，他正帶領團隊開展具有挑戰性的“從0到1”的探索。然而，由于研究周期長、短期難出成果，在讀的學生擔心畢業、新來的學生考慮離開，同時課題研究中面臨的困難還擺在眼前……

恰在此時，陸凌得到了由中國科學院與財政部聯合啟動的“穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃”（以下簡稱“青年團隊計劃”）的支持。這一支持猶如“雪中送炭”，讓團隊重獲生機，避免了前功盡棄。很快，前期的積累加上這“臨門一腳”的關鍵支持，讓陸凌團隊取得了第一項重要成果——研制出拓撲腔面發射激光器，不僅從原理上突破了當下半導體激光的瓶頸，還獲得了遠超同類商用產品的指標和性能。

此后，由于能更安心地做科研，陸凌團隊頻頻取得突破。2025年，他們再次取得兩項原創性成果：一是研發出比商用隔離器性能指標高5倍以上的拓撲微波隔離器，二是發現了一類全新的透明導電材料。兩項成果都具有巨大的應用潛力。

▲左為吳正冉的黏土手工品，中為拓撲腔面發射激光器陣列芯片晶圓，右為王剛的拓撲微波隔離器原型；后為“青年團隊計劃”入選證書（中）和發表論文的雜志。受訪者供圖

這3項成果都屬于光電領域基礎研究的重要突破。正因為“青年團隊計劃”的支持，陸凌才能繼續專注做這一領域里“難而正確的事”，做“有影響力的工作”。“穩定支持讓我不再為世俗評價而焦慮，只在意下一個工作能不能比上一個更好?！标懥枵f。

扎根的土壤

在美國麻省理工學院從事博士后研究工作期間，陸凌就開始了拓撲光子學研究。彼時，他為《自然-光子學》撰寫了“拓撲光子學”的同名綜述文章，首次提出了這一名稱。

拓撲，是人類已知最穩定的物理性質之一。通俗地說，用橡皮泥捏出一個甜甜圈或一個咖啡杯，它們在拓撲上是完全等價的。因為在連續形變的過程中，“洞”的數量始終不變。

“無論細節怎么變形，只要全局幾何不變，物理性質就不變，這種穩定性是幾乎所有器件都需要的。”陸凌說。自上世紀80年代以來，拓撲物理領域已誕生了3個諾貝爾獎，但一直沒有找到應用出口。

10年前回國加入中國科學院的陸凌，試圖填平這道鴻溝?！叭绻茉谧鎳鴮崿F原始創新的突破，那將是我能做到的最有影響力的事之一。”陸凌說。

陸凌告訴《中國科學報》，回國后，他面對的困難遠超預期，但這是“做原創工作”的代價和規律。

慶幸的是，中國科學院圍繞加強基礎研究提出的一系列新思路、新措施，讓他的夢想有了得以扎根生長的深厚土壤。

2021年，“青年團隊計劃”啟動后，原中國科學院前沿科學與教育局（現中國科學院基礎科學研究局）牽頭，會同院機關相關部門、智庫、科學家，以“自上而下”和“自下而上”相結合的方式遴選科學問題，聚焦解決國家重大需求背后的源頭科學難題，尤其強調“從0到1”的原始創新。

陸凌提交了拓撲光子學領域“基于拓撲特性的激光、材料新技術”這一難題。中國科學院組織相關院士專家嚴格研判，認定該問題具有在關鍵領域和方向路徑上原創的理念，最終將其列入科學問題清單并發布。

“精選題”環節結束后，接下來就進入“嚴選人”的階段。“青年團隊計劃”廣邀中國科學院優秀青年科學家“揭榜掛帥”。

陸凌自然成為“揭榜人”之一。在后續的遴選環節，陸凌團隊需要與眾多優秀的青年科學家團隊競爭，回答由院士專家組成的“最強大腦”提出的“刁鉆”問題。

不問頭銜、不數論文，在最終的答辯會上，評審專家只聚焦兩個核心問題，即這個人是不是該領域的拔尖帥才，是不是真正活躍在基礎科學前沿、具有較強原始創新能力或潛力的優秀青年科學家。

陸凌以清晰的科學原理和可操作的技術路線，以及堅持原始創新的精神打動了評審專家。一位評審專家說：“你確實有原創的東西，而且對國家是有用的?！?/p>

最終，陸凌團隊脫穎而出。

顛覆傳統

“青年團隊計劃”鼓勵科學家打破傳統、寬容失敗，這讓他們“放開了手腳”。拓撲微波隔離器的誕生便得益于此。

微波隔離器廣泛應用于手機基站、核磁共振和衛星通信等現代微波系統。它就像一個“單向閥門”，允許正向信號通過，阻止反向信號，以保護包括微波源在內的敏感元件，提高系統的整體性能。

衰減反向信號的程度是判斷微波隔離器性能的核心指標。目前商用隔離器一般提供20分貝（dB）左右的隔離度。而陸凌有一個顛覆傳統思路的想法，即將拓撲物理引入微波隔離器。

陸凌告訴《中國科學報》，傳統隔離器靠磁性材料讓正反向信號不對稱，產生隔離度。拓撲隔離器則徹底實現正反向信號的空間分離，反向信號可以被任意吸收而不影響正向信號通過，從而實現隔離度最大化。

實際上，20世紀70年代開始就有人嘗試過類似的設計方向，但受限于拓撲原理的缺失以及仿真軟件的不足，沒能充分挖掘其潛力。“有了‘青年團隊計劃’的支持，我的博士生王剛有條件深挖下去，最后發現真正的‘寶藏’就在下面?！标懥枵f。

根據理論和仿真，拓撲隔離器可實現高達200dB的隔離度，10倍于傳統隔離器。在實驗測量中，受制于測試設備的噪聲極限，陸凌團隊實現了超過100dB的超高隔離度。相關成果以封面文章形式發表于《自然-光子學》，展示了拓撲光子學對微波工程領域的革新能力。

王剛制作的器件原型背后，刻著“L01·IOP·CAS 2025”字樣，代表著這是2025年在物理所L01組誕生的。L01是陸凌領銜的課題組，這是他們繼拓撲腔面發射激光器之后，第二次完成從新物理原理到器件雛形的全鏈條原創工作。

“研究期間，沒有頻繁的進度匯報和考核打擾，我們得以在原始創新的道路上堅定前行?！标懥枵f，通過優化設計，未來有望進一步提升器件性能和縮小器件尺寸。

第二種不可能

在陸凌辦公室書架的最高層，在中國物理學界重要獎項“周培源物理獎”獎杯、“青年團隊計劃”入選證書旁邊，放著一個小巧的黏土手工品。

陸凌小心翼翼地把它取了下來。這個手工品形似一本打開的書，書頁里展示著他們最新發現的透明導電新材料模型。這是該成果的主要完成人、博士生吳正冉畢業前送給導師陸凌的紀念品。這一成果被評價為“開辟了本征透明導電的新方向”，向“青年團隊計劃”交出了一份優秀的“結業答卷”。

令人意外的是，起初，這是別人勸陸凌放棄的研究。

陸凌做光學微納結構設計出身，但他深知，不可能所有需求都通過結構設計來實現?！熬拖褚路嫘凸倘恢匾?，但如果沒有防水的材料，就無法設計出好的雨衣來?！彼Ｍ缭筋I域，嘗試突破現有光學材料的限制。

透明導體是手機觸屏、顯示器、太陽能電池、發光二極管等光電器件的核心材料。然而，透明與導電一直是互斥的屬性，目前主流的透明導體都是摻雜半導體或絕緣體獲得的，犧牲了部分透明性。

2005年，有理論提出，可以通過一種非常特殊的能帶結構讓金屬材料獲得理想的透明屬性。不過，這種透明金屬始終未在現實世界中被發現。

為尋找這樣的材料，陸凌團隊對整個無機材料數據庫中數萬種材料進行高通量計算搜索，并做了長期的實驗調研，結果一無所獲。有同行勸他放棄這一研究，理由很充分——專門的材料學家都沒做出來，而陸凌團隊本來就不是做材料研究的。

美國知名理論物理學家保羅·斯坦哈特曾說，世界上有兩種“不可能”：第一種是像永動機那樣違背物理原理的“不可能”；第二種是“不違背任何已知物理原理，但卻從來沒有這樣的先例”。

“這個材料屬于第二種不可能?！标懥璞硎荆瓌t上，如果無機材料找不到，可以嘗試在種類更多的有機材料中去尋找。

前路未知，唯有嘗試方有可能。而“青年團隊計劃”給了陸凌團隊試錯的底氣——穩定的支持機制、寬松的科研環境，以及以科學意義和應用價值為導向，突出原創性、引領性、突破性貢獻的標準，堅定了陸凌走下去的決心。

陸凌先做了有機材料的初步調研，隨后鼓勵吳正冉繼續“試試”。吳正冉順著線索，發現有一類已知能導電的有機材料可能符合要求。于是，他從頭開始學習材料制備、光學和電學性質的表征與測試。經過漫長的實驗周期，他們最終成功生長出了既透明又導電的晶體，開辟了本征透明導電的新路徑。該研究以封面文章形式發表于《自然-材料》，并入選了“2025年中國光學十大進展”。

“中國科學院發布的‘基礎研究十條’倡導我們做原始創新。我們只有把不可能轉化為可能，才是真正的突破。”陸凌雙手捧起這件手工品，小心翼翼地放了回去，然后關上柜門，笑著說，“這得收好了，不能打碎了?！?/p>

去年，王剛和吳正冉都畢業了。他們向中國科學院大學提交的博士論文，不僅是一篇畢業論文，還是“從0到1”開辟新路的記錄。

▲陸凌（右一）團隊在吳正冉（穿博士服中）、王剛（穿博士服右）畢業時的合影。受訪者供圖

基礎研究路徑走通后，陸凌開始考慮實用化的問題。近年來，不少國內半導體激光器公司找到陸凌，探討共同研發的可能。不過，陸凌認為，產業化不是簡單的放大，是要做出一個有市場、可以穩定量產的產品。而要實現這一步，他們還需要再認真沉淀幾年。

“以前我們是‘自由發散’的探索，現在道路明確了，在邁向實用化的道路上，我們需要聚焦提速了?！标懥枵f。

來源：《中國科學報》（2026-05-25 第1版 要聞）

責任編輯：侯茜