狄大衛：以“好玩”的心態做科研

　　 在和煦的陽光里往返于校區之間，搭建半導體光電器件前沿基礎與應用研究的橋梁，這是浙江大學光電科學與工程學院研究員狄大衛近期工作的日常。

　　 不久前，由狄大衛等人共同發明的一項技術，顯著提高了綠光混合維度鈣鈦礦LED（發光二極管）的性能，為擴展鈣鈦礦LED器件設計的多樣性作出了貢獻。

　　 此前，狄大衛與合作者們在新型電致發光器件領域的基礎研究，產生了多項具有重要意義的成果，他也因此入選2019年《麻省理工科技評論》全球“35歲以下科技創新35人”、2020年“世界頂尖科學家論壇青年科學家”等。

　　就像“在沙灘上隨意撿貝殼”

　　 人類對光的追求是一個永恒的話題，如果說白熾燈照亮了20世紀，那么LED則點亮了21世紀。作為LED家族的重要一員，有機發光二極管（OLED）掀起了新的技術革命。

　　 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越。然而，由于受到發光機制的影響，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現類似的效率。尋找更好的替代方案，一直是研究人員努力探索的方向。

　　 “發光效率也有極限，這就好像是壓在我們頭頂的‘五行山’，要實現突破就要在新的框架中開展研究。”談到自己的研究，狄大衛如數家珍。

　　 2016年，當時正在英國劍橋大學物理系攻讀博士的狄大衛與合作者發現了一系列新型卡賓金屬發光分子。他們基于這種分子設計了溶液法的OLED，器件發光的外量子效率高達27.5%，創造了低成本溶液法LED效率的世界紀錄，達到與真空蒸鍍OLED類似的水平。這項基于新型有機發光分子的高效率OLED研究，被學術界認為具有里程碑式的意義。

　　 高效率卡賓金屬發光分子的發現，既是偶然也是必然。當時與團隊合作的化學家們合成了許多材料，請狄大衛做一些簡單檢測。但他卻非常認真地分析其中的發光機制，并在各種實驗中探尋規律。他很享受實驗的過程，“從0到1自由探索的過程，追隨的是自己的內心，就好像在沙灘上隨意撿貝殼”。

　　 通過鈣鈦礦與聚合物的結合，大幅提高世界上最年輕的發光技術——鈣鈦礦LED的效率，正是狄大衛與現已是浙江大學研究員趙保丹在劍橋合作實現的。他們將鈣鈦礦LED電致發光外量子效率提升到20%，內量子效率接近100%，在當時創造了一個紀錄。

　　 “狄老師的大腦每天都能迸發出新的觀點。我的導師就曾打趣地對他說，‘天才與狂人往往只有一線之隔’。”趙保丹說，“對科研純粹的喜愛驅使他去思考，也會感染和帶動身邊的人。”

　　一口氣攻讀了兩個博士學位

　　 狄大衛對科研的喜愛，還表現在他一口氣攻讀了兩個博士學位。

　　 “很多人說我的兩個研究方向正好相反，一個將光能轉化成電能，一個將電能轉化成光能。其實二者的共同點是通過半導體器件實現光電轉換，理論上是兩個互逆的過程。”他說。

　　 2011年，正在澳大利亞新南威爾士大學研究第三代太陽能電池的狄大衛，偶然間發現量子點硅太陽能電池在有電流通過時發出了紅色的光。經典教科書中早已揭示，作為間接帶隙半導體的硅，通常是不會發光的。這一道光激發了他對發光二極管的濃厚興趣，也因此將他帶入了一個新的研究世界。“科研的魅力來自于對未知世界的探索，好奇心是保持這份熱情的源泉。”完成了工程學博士的學業，狄大衛又向英國劍橋大學卡文迪許實驗室提交了物理學博士的入學申請。

　　 導師建議狄大衛直接從事博士后研究，但狄大衛婉言謝絕了，他選擇再次從學生做起。“我想在一個新的研究方向接受系統的學術訓練。作為博士生，雖然生活待遇會比博士后差很多，但擁有更多的學習和自由探索的時間，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，狄大衛都是抱著“好玩”的心態去嘗試。卡文迪許實驗室的同事們開發的鈣鈦礦LED原型器件，最初只能亮兩三秒，狄大衛當時看后心想這大概只能做個閃光燈。由于他在高效率OLED方向積累了寶貴的研究經驗，因此對于后續提升鈣鈦礦LED效率，以及對其發光機制的研究，都有著清晰的思路。

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

　　 狄大衛表示，做研究就好像玩游戲，不僅要追求“通關”，還要盡量達到“完美”。“要去尋找那些隱藏的寶藏，追尋研究的極限。”

　　 除基礎研究外，狄大衛也在努力將有應用前景的研究成果持續推進。“整個OLED產業的規模巨大，但原始核心技術很多仍被國外掌握。讓關鍵發明ZL在國內產生，為未來相關產業在中國的自主發展打下基礎，是中國科研工作者的使命。”

　　給學生提供自由探索的“指南針”

　　 打開狄大衛的浙江大學個人主頁，第一段話就寫著“歡迎海內外優秀學生與博士后的加盟”。自從2018年回國后，他的身份也轉變成了博士生導師與課題組組長。“要做到科技自立自強，青年人應當成為科技創新的主力軍。”

　　 “在研究過程中，我遇到困難都會找狄老師。”課題組成員連亞霄說，“他非常樂于和我們交流，但從不會直接指出‘新大陸’在哪里，而是給我們提供‘指南針’，鼓勵大家自由探索，獲得意外的驚喜。”

　　 “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未知的領域。”因此，每當面試申請進組的博士生與碩士生時，狄大衛都會問他們一個“靈魂問題”——“你是否真正喜愛科學研究？”

　　 對每一名學生的學術發展，狄大衛都非常關心。一開始他并不會把比較有挑戰性的課題交給新生。“一入門如果就被難題嚇到束手無策，比較容易產生挫敗感。但科研應當允許甚至鼓勵失敗。多次可重復的失敗本身就是一個極好的研究結果，它將最終導向成功。”

　　 作為帶領學生在前沿基礎研究“大海”中航行的“船長”，狄大衛投入了比以往更多的時間，甚至將自己的業余愛好都擱置一旁。對于他來說，最開心的事情莫過于與團隊成員一起研究和探討，這比其他的愛好更有趣。