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狄大衛(wèi)（左）正在做科研。浙江大學(xué)供圖

■記者 溫才妃 通訊員 柯溢能

在和煦的陽光里往返于校區(qū)之間，搭建半導(dǎo)體光電器件前沿基礎(chǔ)與應(yīng)用研究的橋梁，這是浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院研究員狄大衛(wèi)近期工作的日常。

不久前，由狄大衛(wèi)等人共同發(fā)明的一項(xiàng)技術(shù)，顯著提高了綠光混合維度鈣鈦礦LED（發(fā)光二極管）的性能，為擴(kuò)展鈣鈦礦LED器件設(shè)計(jì)的多樣性作出了貢獻(xiàn)。

此前，狄大衛(wèi)與合作者們在新型電致發(fā)光器件領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，產(chǎn)生了多項(xiàng)具有重要意義的成果，他也因此入選2019年《麻省理工科技評(píng)論》全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”、2020年“世界頂尖科學(xué)家論壇青年科學(xué)家”等。

就像“在沙灘上隨意撿貝殼”

人類對(duì)光的追求是一個(gè)永恒的話題，如果說白熾燈照亮了20世紀(jì)，那么LED則點(diǎn)亮了21世紀(jì)。作為LED家族的重要一員，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）掀起了新的技術(shù)革命。

在目前的OLED材料中，基于稀有金屬銥的磷光材料性能最為優(yōu)越。然而，由于受到發(fā)光機(jī)制的影響，其在高亮度下的效率還是受到了限制。而且，這類OLED材料普遍成本高昂，制備過程也存在潛在的毒性。此外，OLED制備中所用到的真空蒸鍍方法，其成本與能耗較高，但更低成本的溶液制備方法無法實(shí)現(xiàn)類似的效率。尋找更好的替代方案，一直是研究人員努力探索的方向。

“發(fā)光效率也有極限，這就好像是壓在我們頭頂?shù)摹逍猩健?，要?shí)現(xiàn)突破就要在新的框架中開展研究?！闭劦阶约旱难芯?，狄大衛(wèi)如數(shù)家珍。

2016年，當(dāng)時(shí)正在英國劍橋大學(xué)物理系攻讀博士的狄大衛(wèi)與合作者發(fā)現(xiàn)了一系列新型卡賓金屬發(fā)光分子。他們基于這種分子設(shè)計(jì)了溶液法的OLED，器件發(fā)光的外量子效率高達(dá)27.5%，創(chuàng)造了低成本溶液法LED效率的世界紀(jì)錄，達(dá)到與真空蒸鍍OLED類似的水平。這項(xiàng)基于新型有機(jī)發(fā)光分子的高效率OLED研究，被學(xué)術(shù)界認(rèn)為具有里程碑式的意義。

高效率卡賓金屬發(fā)光分子的發(fā)現(xiàn)，既是偶然也是必然。當(dāng)時(shí)與團(tuán)隊(duì)合作的化學(xué)家們合成了許多材料，請(qǐng)狄大衛(wèi)做一些簡單檢測。但他卻非常認(rèn)真地分析其中的發(fā)光機(jī)制，并在各種實(shí)驗(yàn)中探尋規(guī)律。他很享受實(shí)驗(yàn)的過程，“從0到1自由探索的過程，追隨的是自己的內(nèi)心，就好像在沙灘上隨意撿貝殼”。

通過鈣鈦礦與聚合物的結(jié)合，大幅提高世界上最年輕的發(fā)光技術(shù)——鈣鈦礦LED的效率，正是狄大衛(wèi)與現(xiàn)已是浙江大學(xué)研究員趙保丹在劍橋合作實(shí)現(xiàn)的。他們將鈣鈦礦LED電致發(fā)光外量子效率提升到20%，內(nèi)量子效率接近100%，在當(dāng)時(shí)創(chuàng)造了一個(gè)紀(jì)錄。

“狄老師的大腦每天都能迸發(fā)出新的觀點(diǎn)。我的導(dǎo)師就曾打趣地對(duì)他說，‘天才與狂人往往只有一線之隔’?！壁w保丹說，“對(duì)科研純粹的喜愛驅(qū)使他去思考，也會(huì)感染和帶動(dòng)身邊的人?！?/p>

一口氣攻讀了兩個(gè)博士學(xué)位

狄大衛(wèi)對(duì)科研的喜愛，還表現(xiàn)在他一口氣攻讀了兩個(gè)博士學(xué)位。

“很多人說我的兩個(gè)研究方向正好相反，一個(gè)將光能轉(zhuǎn)化成電能，一個(gè)將電能轉(zhuǎn)化成光能。其實(shí)二者的共同點(diǎn)是通過半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，理論上是兩個(gè)互逆的過程?！彼f。

2011年，正在澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究第三代太陽能電池的狄大衛(wèi)，偶然間發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)硅太陽能電池在有電流通過時(shí)發(fā)出了紅色的光。經(jīng)典教科書中早已揭示，作為間接帶隙半導(dǎo)體的硅，通常是不會(huì)發(fā)光的。這一道光激發(fā)了他對(duì)發(fā)光二極管的濃厚興趣，也因此將他帶入了一個(gè)新的研究世界?！翱蒲械镊攘碜杂趯?duì)未知世界的探索，好奇心是保持這份熱情的源泉?！蓖瓿闪斯こ虒W(xué)博士的學(xué)業(yè)，狄大衛(wèi)又向英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室提交了物理學(xué)博士的入學(xué)申請(qǐng)。

導(dǎo)師建議狄大衛(wèi)直接從事博士后研究，但狄大衛(wèi)婉言謝絕了，他選擇再次從學(xué)生做起?！拔蚁朐谝粋€(gè)新的研究方向接受系統(tǒng)的學(xué)術(shù)訓(xùn)練。作為博士生，雖然生活待遇會(huì)比博士后差很多，但擁有更多的學(xué)習(xí)和自由探索的時(shí)間，也更容得下失敗。”

正因如此，無論是最初的OLED課題，還是后來接觸的鈣鈦礦LED研究，狄大衛(wèi)都是抱著“好玩”的心態(tài)去嘗試?？ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室的同事們開發(fā)的鈣鈦礦LED原型器件，最初只能亮兩三秒，狄大衛(wèi)當(dāng)時(shí)看后心想這大概只能做個(gè)閃光燈。由于他在高效率OLED方向積累了寶貴的研究經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)于后續(xù)提升鈣鈦礦LED效率，以及對(duì)其發(fā)光機(jī)制的研究，都有著清晰的思路。

外量子效率是衡量LED性能的主要指標(biāo)之一。將OLED的外量子效率提高到20%以上，整個(gè)領(lǐng)域用了20多年，而鈣鈦礦LED的外量子效率從小于1%到超過20%，在領(lǐng)域同行的共同努力下，只用了4年。

狄大衛(wèi)表示，做研究就好像玩游戲，不僅要追求“通關(guān)”，還要盡量達(dá)到“完美”?！耙ふ夷切╇[藏的寶藏，追尋研究的極限?！?/p>

除基礎(chǔ)研究外，狄大衛(wèi)也在努力將有應(yīng)用前景的研究成果持續(xù)推進(jìn)?！罢麄€(gè)OLED產(chǎn)業(yè)的規(guī)模巨大，但原始核心技術(shù)很多仍被國外掌握。讓關(guān)鍵發(fā)明專利在國內(nèi)產(chǎn)生，為未來相關(guān)產(chǎn)業(yè)在中國的自主發(fā)展打下基礎(chǔ)，是中國科研工作者的使命。”

給學(xué)生提供自由探索的“指南針”

打開狄大衛(wèi)的浙江大學(xué)個(gè)人主頁，第一段話就寫著“歡迎海內(nèi)外優(yōu)秀學(xué)生與博士后的加盟”。自從2018年回國后，他的身份也轉(zhuǎn)變成了博士生導(dǎo)師與課題組組長?！耙龅娇萍甲粤⒆詮?qiáng)，青年人應(yīng)當(dāng)成為科技創(chuàng)新的主力軍。”

“在研究過程中，我遇到困難都會(huì)找狄老師?！闭n題組成員連亞霄說，“他非常樂于和我們交流，但從不會(huì)直接指出‘新大陸’在哪里，而是給我們提供‘指南針’，鼓勵(lì)大家自由探索，獲得意外的驚喜?！?/p>

“做科研的過程本身就是去探究未知事物的過程，需要用好奇心照亮每一個(gè)未知的領(lǐng)域?！币虼?，每當(dāng)面試申請(qǐng)進(jìn)組的博士生與碩士生時(shí)，狄大衛(wèi)都會(huì)問他們一個(gè)“靈魂問題”——“你是否真正喜愛科學(xué)研究？”

對(duì)每一名學(xué)生的學(xué)術(shù)發(fā)展，狄大衛(wèi)都非常關(guān)心。一開始他并不會(huì)把比較有挑戰(zhàn)性的課題交給新生。“一入門如果就被難題嚇到束手無策，比較容易產(chǎn)生挫敗感。但科研應(yīng)當(dāng)允許甚至鼓勵(lì)失敗。多次可重復(fù)的失敗本身就是一個(gè)極好的研究結(jié)果，它將最終導(dǎo)向成功。”

作為帶領(lǐng)學(xué)生在前沿基礎(chǔ)研究“大海”中航行的“船長”，狄大衛(wèi)投入了比以往更多的時(shí)間，甚至將自己的業(yè)余愛好都擱置一旁。對(duì)于他來說，最開心的事情莫過于與團(tuán)隊(duì)成員一起研究和探討，這比其他的愛好更有趣。