“2021中国光学十大进展”揭晓！南大三项成果入选

2021中国光学十大进展

近日，中国激光杂志社发布“2021中国光学十大进展”，冰光纤、小型化自由电子激光、六维光信息复用等20项前沿进展分别入选“2021中国光学十大进展”基础研究类、应用研究类。此外，魔角激光器、光电智能计算、高效白色发光二极管等19项成果分别荣获“2021中国光学十大进展”提名奖（基础研究类、应用研究类）。其中，南京大学一项基础研究与两项应用研究，共三项成果入选“2021中国光学十大进展”，分别是：发现室温零磁场条件下反铁磁中超快自旋流、实现片上光力光学频率梳、提出基于二硫化钼TFT驱动电路集成的超高分辨氮化镓Micro-LED显示技术方案。一项基础研究获得“2021中国光学十大进展”提名奖：利用光子系统证实拓扑体-缺陷对应关系。

南京大学入选“2021中国光学十大进展”的三项研究成果如下：

01

室温零磁场条件下反铁磁中超快自旋流（基础研究类）

由于反铁磁材料对外界磁场干扰不敏感并且共振频率在太赫兹频段，有望实现稳定、高密度和高速的自旋电子器件，但是反铁磁材料难以调控和探测，往往无法在自旋电子器件中发挥其优势。南京大学电子科学与工程学院吴培亨院士课题组金飚兵教授和物理学院吴镝教授课题组合作，制备了反铁磁/重金属（氧化镍/铂金）异质结结构，利用超快激光脉冲泵浦，检测到了太赫兹辐射信号，首次证明了在室温和无磁场的情况下可实现超快自旋流的产生，为超快自旋电子器件研究提供了新的方法。

室温零磁场条件下超快激光诱导反铁磁在太赫兹频段的自旋泵浦，对实现高速、稳定和高集成度的反铁磁自旋电子器件具有深刻意义。首先，零磁场下对反铁磁材料的自旋动力学进行调控和探测，与传统的输运测量方式中需要施加十特斯拉量级强磁场的条件相比，在反铁磁器件的实用化中具有不可替代的优势。另外，利用超快激光秒冲诱导的反铁磁超快动力学过程，并通过相干太赫兹信号的探测，直接在实验中证实了反铁磁在其极限工作频率上（太赫兹频段）的自旋泵浦，突破了输运测量中带宽的限制，提供了电学测量中无法获取的超快响应。这对真正研发高速自旋电子器件具有指导性意义。

02

片上光力光学频率梳（应用研究类）

光学频率梳是指在频率上由一系列间隔相等且相位相干的谱线组成的激光光源，其在光学度量、精密光谱、光原子钟、射频光子学等领域具有重要应用。南京大学姜校顺教授、肖敏教授团队利用片上高品质因子光学微腔中的大振幅光力振荡，实现了一种新的光学频率梳（光力光学频率梳）。这种片上微型光学频率梳具有低重频、光谱平坦等优点。基于这种大振幅的光力振荡，研究团队还同时实现了宽带的微波频率梳。

该工作提出了新的光学频率梳产生方式，成功突破了微型光频梳的重复频率受到其尺寸的限制。这种低重频的片上光学频率梳，将在高分辨率单光梳原子谱、高分辨率双光梳分子谱、高精度折射率传感及大模糊距离激光雷达等领域具有潜在应用。

03

基于二硫化钼TFT驱动电路集成的超高分辨氮化镓Micro-LED显示技术方案（应用研究类）

LED是指以微米量级LED为发光像素单元，将其与驱动模块组装形成高密度显示阵列的技术。与当前主流的LCD、OLED等显示技术相比，Micro-LED在亮度、分辨率、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有跨代优势，是国际公认的下一代显示技术。然而，Micro-LED的产业化目前仍面临诸多挑战。首先，小尺寸下高密度显示单元的驱动需求难以匹配。其次，产业界流行的巨量转移技术在成本和良率上难以满足高分辨率显示的发展需求。特别对于AR/VR等超高分辨应用，不仅要求分辨率超过3000PPI，而且还需要显示像元有更快的响应频率。

南京大学王欣然教授和刘斌教授团队瞄准高分辨率微显示领域，提出了MoS2 薄膜晶体管驱动电路与GaN基Micro-LED显示芯片的3D单片集成的技术方案。团队开发了非“巨量转移”的低温单片异质集成技术，采用近乎无损伤的大尺寸二维半导体TFT制造工艺，实现了1270 PPI的高亮度、高分辨率微显示器，可以满足未来微显示、车载显示、可见光通讯等跨领域应用。其中，相较于传统二维半导体器件工艺，团队研发的新型工艺将薄膜晶体管性能提升超过200%，差异度降低67%，最大驱动电流超过200 μA/μm，优于IGZO、LTPS等商用材料，展示出二维半导体材料在显示驱动产业方面的巨大应用潜力。

该工作在国际上首次将高性能二维半导体TFT与Micro-LED两个新兴技术融合，为未来Micro-LED显示技术发展提供了全新技术路线。

入选“2021中国光学十大进展”提名奖

的研究成果：

01

利用光子系统证实拓扑体-缺陷对应关系（基础研究类提名奖）

光是现代信息和能量传递的重要载体，将拓扑物理与光学相融合，有望在未来信息通信领域的关键技术中发挥重要作用。开展光子系统的拓扑相及其应用的研究，设计和构建新型拓扑功能器件成为当下光学领域的一个新兴方向。南京大学蒲殷教授联合苏州大学蒋建华教授在光拓扑晶体绝缘体研究方面取得了重要进展，基于可重构光子晶体人工旋错模型中，首次实验证实了体-旋错对应关系和完全依赖于拓扑指标的分数荷量子数。

旋错结构是自然界中常见的晶体缺陷结构，拓扑材料中旋错结构会诱导稳健光子局域态。模型可直接移植至太赫兹、可见光波段，为未来新型拓扑光学微腔、拓扑激光发生器的开发提供了重要的理论基础。

体-旋错对应关系（bulk-disclination correspondence）诱导出的分数荷量子数，其数值完全依赖于材料的拓扑指标，因此可以用来表征拓扑晶体材料，为拓扑物理和材料研究领域开辟了新的道路。

“中国光学十大进展”由中国激光杂志社自2005年发起，始终关注中国最前沿的光学研究成果和科研进展，至今已成功举办17届，已评选出394项具有重大科学价值的光学成果，影响深远。

该评选活动采取函评和终评两种方式，由来自清华大学、北京大学、中国科学技术大学、中科院物理所等44家科研院所，79名院士和知名专家组成的推荐委员会、终评委员会，经过多轮严格审核，最终评选得出。

原标题：“2021中国光学十大进展”揭晓！南大三项成果入选！一项成果获提名

来源：南京大学