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論文被Science接收了。收到通知的那一刻，郭相東知道自己3年前的那個決定做對了。 當時，他放棄來自互聯網頭部企業的高薪offer，轉而申請中國科學院特別研究助理項目，選擇留在國家納米科學中心（以下簡稱納米中心）繼續從事科研。 8月18日，納米中心研究員戴慶課題組與香港大學教授張霜課題組及其他合作者共同制造了迄今為止分辨率最高的光學成像透鏡，超越傳統光學成像分辨率的極限。這項極具創造性的研究成果在Science上發表。 戴慶，英國帝國理工大學教授John Pendry，中國科學院外籍院士、香港大學教授張翔和香港大學教授張霜是這篇論文的共同通訊作者，香港大學博士后管福鑫、博士生曾可博和郭相東為論文的共同一作。 僅在半年前的2月10日，郭相東的師兄、納米中心副研究員胡海也在Science上發表文章。這兩位“90后”的年輕學者是戴慶課題組畢業的第一和第二位博士生。 他們為何如此高產？有哪些“秘籍”？
戴慶課題組（受訪者供圖，下同）
理論+實驗雙修，眼前一亮
2020年，站在博士畢業的十字路口，郭相東面臨著重大的抉擇。做科研是他的興趣，但一份來自互聯網企業的高薪offer，撥動了他內心的天平。這時，導師戴慶轉發了一條關于申請中國科學院“特別研究助理”的通知。這是中國科學院為了聚集青年人才從2019年起設置的人才項目。
經過激烈競爭，郭相東最終入選，獲得3年60萬的經費資助。他拒掉企業拋來的橄欖枝，堅定地選擇了追逐科研夢想的道路。他的感受是，“特別研究助理”優厚的福利待遇為青年科研人員在大城市生活解除了后顧之憂，讓他一心撲在科研上。
3年后，郭相東如愿完成一項極具創造力的工作，得以在Science上發表。“工作原創性很高，在理論革新和實驗設計上都讓人眼前一亮。”他說。 這項工作的目標是進一步提升光學成像技術的分辨率。作為一種新型光學成像技術，“超透鏡”可以突破傳統光學成像分辨率的極限，生成亞波長級別的圖像。 具有“極化激元”模式的材料正是實現超透鏡的優良材料。“極化激元”是一種由入射光與材料表界面相互作用形成的特殊電磁模式，通過壓縮光場，可以實現納米尺度上光信息的傳輸和處理。 然而，光學系統本身帶來的“誤差”——“本征損耗”始終存在，阻礙著超透鏡分辨率的進一步提高。近20年來，全球科學家圍繞這一關鍵科學問題進行了長期探索，一直沒能提出有效解決方案。 在最新發表論文中，郭相東所在的戴慶課題組與香港大學以及英國帝國理工學院的學者合作，圍繞這個難題開展攻關。 研究團隊首先從理論上創造性地提出“借助多頻率組合的復頻波激發來獲得虛擬增益”的方案。他們用數學公式將復雜的光波轉化為幾種簡單光波的組合，并利用簡單光波提供的信息來彌補圖像質量因“本征損耗”導致的損失。 這是一種巧妙的方法，如同用數學計算將光譜中不同顏色的光合成出一種顏色的光，新合成的光可以比原來不同顏色的光顯示出更多的細節。 理論上證明這種方法可行之后，科研團隊將這一設想變成現實。據介紹，來自張霜課題組的管福鑫等學者完成了微波實驗驗證，郭相東完成光頻段實驗驗證。其中光頻段的“基于合成復頻波的碳化硅聲子極化激元光學超透鏡”出爐。 近年來，郭相東致力于追求光與物質相互作用的極限，探索原子制造技術下高壓縮的極化激元材料和器件設計。他選中一種高壓縮的極化激元材料作為基礎，親手做出了合成復頻波的超透鏡。 實驗證明，新的超透鏡將分辨率極限提高了約一個量級，達到了百納米水平。這意味著，科研人員能夠用光學成像的手段“看到”百納米大小的物質。
香港大學張霜教授（中）與管福鑫（右）和郭相東（左）。
追求新奇現象以外
同時做到理論與實驗的革新，離不開青年科研人員心無旁騖的專心致學。和眾多來自中國科學院的青年科研人一樣，郭相東的師兄胡海也深有同感，中國科學院為他們提供了高水平的平臺和條件。
胡海
2023年2月，戴慶課題組成功創制極化激元晶體管的工作登上Science，胡海是這篇論文的一作。 圍繞極化激元晶體管的工作始于2020年。當時，他們與合作者計劃進行以石墨烯、氧化鉬等材料為基礎的極化激元器件研究，以期在納米尺度對光的傳輸進行操控。“隨著研究深入，我們發現課題面臨的結構難點比想象的更多。”胡海回憶。 科研團隊首先從科學上發現了一種稱為“拓撲轉變”的新奇現象。基于這一現象，他們進一步開發出新型極化激元晶體管器件。 “投稿這篇論文時，我們沒有拘泥于新奇現象，而是著眼于新器件的創制，通過實驗不斷優化材料堆疊順序、溝道尺寸、電極設計等結構。”胡海表示，“我們測試了幾十個器件，充分驗證了性能的可靠性。” 他回憶：“收到審稿意見時，正值2023年春節，包括戴老師在內，我們幾個都‘陽了’。除夕夜那天，我們開展了線上會議，伴隨著春節晚會和此起彼伏的咳嗽聲，對文章細節進行充分研討，用追求完美的極致態度修改文章。”胡海身上這股沖勁，離不開來自中國科學院青年創新促進會（以下簡稱青促會）研究項目的助力。自2022年起成為青促會會員后的4年里，他將每年獲得20萬研究經費和績效補貼作為經濟基礎，也有機會在這一平臺上與院內青年科研人開展交流合作。
國內外緊密合作是關鍵一環
自2012年回國加入納米中心，戴慶從零開始建立起課題組，深耕極化激元領域十余年，正在籌建中國科學院納米光子材料與器件重點實驗室。 長期的海外求學和工作經歷讓戴慶深刻感受到，在搶占科技制高點的研究工作中，合作是必不可少。此次課題組半年內在Science發表的2篇工作，都離不開與國內外專家的緊密合作。 今年3月，郭相東獲得青年科技人才中長期出國 (境)培訓專項資資助，帶著科學上的奇思妙想前往香港大學進行訪學，尋求與極化激元、超構材料等領域內久負盛名的張霜團隊開展合作的機會。 來到張霜課題組時，郭相東已經在納米中心基本完成前期實驗。隨后，雙方在優勢互補下成功完成這項工作的最后一塊版圖。 而胡海承擔的關于極化激元晶體管的工作，則是全球光電互聯領域必爭的制高點。2020年初，通過中國科學院國際合作交流項目資助，胡海前往西班牙光子科學研究所，與光子領域內著名理論學家Javier Garcia de Abajo課題組合作，圍繞片上光子信息處理芯片構想開展研究。 “雖然由于疫情導致訪問活動縮短為3個月，但這段學習讓我對極化激元理論知識體系有了進一步的提升。”胡海說。 最終，雙方合作首次報道極化激元的“面內負折射”現象，為構筑極化激元晶體管提供了材料基礎。相關成果與知名學者、美國科學院院士Dmitri Basov的成果，同時以“背靠背”形式在Science上發表，意味著中國科研團隊躋身國際前列。 拼搏進取的科研氛圍、優異的科研平臺和充分的科研保障條件，激發了實驗室的一批年輕“追光者”勇于挑戰科學難題的勇氣。 除了胡海和郭相東取得的不俗成績，他們的師妹、特別研究助理吳晨晨則在碩博聯讀5年時間里，專注基于極化激元增強液相紅外光譜這一項工作，逐步攻克每一個難題，最終成功開發出石墨烯增強的液相紅外傳感器。相關成果已發表在Advanced Materials期刊上。
吳晨晨在檢查石墨烯增強液相紅外傳感器
年輕的追光者們共同的體會是，面向未來的科學研究，不僅需要埋頭苦干，更要有國際化視野，既要善于從科學研究中判斷產業技術發展趨勢，也要善于從產業需求中提煉關鍵科學問題。
隨著后摩爾時代的到來，光子的納米尺度調控成為了搶占光電融合領域科技制高點的基礎。“作為國家戰略科技力量的‘國家隊’‘國家人’，我們始終心系‘國家事’、肩扛‘國家責’，力爭圍繞高性能光電芯片的國家戰略需求作出貢獻。”戴慶表示。