一滴神助攻！中国激光器性能飙升，芯片技术要起飞？

抖音热门 2025年08月22日 11:37 1 admin

中国科学家突破！一滴"添加剂"让新型激光器性能飙升，芯片技术迎来新曙光

当我们拆开手机、电脑的芯片，看到的是密密麻麻的电路在传递电信号。但未来的芯片，可能会被光信号主导——浙江大学团队最新研发的钙钛矿激光器，用一种简单到不可思议的方法实现了性能飞跃，为光子芯片的普及按下了加速键。

被"俄歇复合"卡脖子的钙钛矿

钙钛矿这个名字，在材料学界早已是"明星选手"。这种晶体薄膜材料成本低廉，能做出头发丝粗细的微型激光器，更重要的是它能和硅芯片完美"兼容"。想象一下，未来的手机芯片上，既用电信号计算，又用光信号高速传输，运算速度可能比现在快上百倍。

但这个美好愿景，一直被一个叫"俄歇复合"的现象死死按住。简单说，激光器发光需要大量"电荷载流子"像士兵一样整齐列队，而俄歇复合就像队伍里的"逃兵"——当载流子浓度升高，它们会突然"抱团消失"，还没等形成激光就跑光了。尤其在室温连续工作时，这个问题更严重，就像刚点燃的火苗总被一阵风吹灭。

过去十年，全球科学家尝试了几十种方法解决这个问题，有的给材料加"保护层"，有的改变生长温度，但效果都不理想。钙钛矿激光器就像被绑住手脚的天才，始终无法在实际应用中施展能力。

一滴添加剂的"魔法"

浙江大学的团队另辟蹊径——他们没去改造激光器的结构，而是在制造钙钛矿薄膜的关键步骤里，加了一滴不起眼的铵盐添加剂。

这个操作听起来简单到不像高科技：在薄膜"退火"（相当于给材料"定型"）时，把易挥发的铵盐溶液均匀涂在表面。随着温度升高，铵盐会慢慢挥发，同时像"指挥家"一样引导钙钛矿分子重新排列。

神奇的是，这个过程会触发"相重构"——原本材料里混杂的"低维相"（可以理解为结构不完整的"杂质"）被彻底清除，最终形成纯纯的"三维结构"。打个比方，就像把一堆杂乱的积木重新搭成严丝合缝的正方体，电荷载流子在里面跑起来畅通无阻，再也不容易"抱团消失"了。

团队负责人在采访中笑着说："刚开始我们只是想试试常见的铵盐，没想到效果好得超出预期。就像熬汤时加了一勺不起眼的调料，整个味道都变了。"

创纪录性能背后的深意

优化后的钙钛矿激光器，交出了一份惊艳的成绩单：

- 做成了单模垂直腔面发射激光器（VCSEL），这种结构最适合集成到芯片里；

- 激光阈值低到17.3 μJ/cm²，意味着用很少的能量就能让它发光，比之前的纪录降低了近一半；

- 质量因子高达3850，这个数字代表激光的"纯净度"，数值越高，光束越稳定、传输距离越远。

这些指标意味着什么？打个比方，以前的钙钛矿激光器像个"娇贵的灯泡"，需要强电流才能点亮，还容易烧坏；现在则变成了"节能LED"，用微弱电流就能稳定发光，寿命也大幅提升。

更重要的是，这个方法特别"接地气"——不需要昂贵的设备，添加剂成本低廉，整个工艺能直接嫁接到现有芯片生产线。这就像给传统工厂换了个"新配方"，不用推倒重建就能生产出高端产品。

光子芯片时代更近了

为什么科学界对这个突破如此兴奋？因为它解决了钙钛矿激光器走向实用的最后一道大坎。

现在的计算机芯片，电信号传输时会发热、有损耗，就像堵车的公路，速度再快也有限制。而光信号传输速度快、损耗小，就像畅通的高铁。但把激光器集成到硅芯片上，一直是个难题——传统激光器要么体积太大，要么成本太高。

钙钛矿激光器恰恰能填补这个空白。它体积只有微米级（头发丝直径的几十分之一），成本是传统激光器的百分之一，再加上这次突破解决了稳定性问题，未来很可能成为光子芯片的"核心引擎"。

想象一下，用这种激光器的手机，下载一部4K电影可能只需要1秒；数据中心的能耗会降低90%；甚至医生手里的内窥镜，能同时发射激光进行精准治疗。

当然，这项技术还需要时间完善——比如让激光器在连续工作模式下更稳定，进一步延长寿命。但正如一位行业专家所说："这就像当年晶体管取代电子管，方向对了，剩下的只是时间问题。"

从浙江大学实验室里那滴神奇的添加剂，到未来芯片里奔腾的光信号，人类正在用智慧突破材料的极限。或许用不了十年，我们口袋里的电子设备，就会因为这次突破而彻底改变模样。

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