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沉痛悼念:陈创天院士!美国曾花了15年才突破其技术!

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中国共产党优秀党员、著名材料学家、中国科学院院士、第三世界科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员陈创天先生,因病医治无效,于2018年10月31日9时57分在北京逝世,享年82岁。

沉痛悼念:陈创天院士!美国曾花了15年才突破其技术!

陈创天,男,1937年生,1962年北京大学物理系毕业。任中国科学院理化技术研究所研究员,第三世界科学院院士,中科院院士。陈创天院士是国际知名的晶体材料科学家,他提出的“晶体非线性光学效应的阴离子基团理论”在国内外学术界得到很高评价,已被国内外的同领域科学家逐渐接受并成功地用于指导新型非线性光学材料的探索研究。

美国曾花了15年才突破中国的这项技术封锁!

2016年2月早些时候,美国APC(先进光学晶体)公司网站发布声明,宣布该公司与克莱门森大学合作,用15年的时间终于研制出氟代硼铍酸钾晶体(KBBF),这种激光晶体能够用于制造深紫外激光器。声明中说,2009年中国开始禁止向国外提供这种具有战略意义的晶体。该公司声明称,他们制造的晶体可以与中国制造的晶体相媲美,在部分关键技术领域超过中国同类材料。声明中表示,这种晶体将提高美国探测国防威胁的能力,同时也将为科学研究和测量技术提供新的能力,这种材料被认为是“游戏规则改变者”。

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美国APC公司网站上发表的声明称:KBBF是一种非线性光学晶体材料,它能够将激光转化为史无前例的176纳米波长(深紫外)激光,从而可以制造出深紫外固体激光器。中国花费了15年时间和数以百万计的美元才研制出世界上第一块KBBF晶体,这是由中国科学院陈创天院士领导的研究组(1990年发现)制造出来的,中国最初向全世界的研究者开放提供KBBF晶体。然而,到了2009年,中国意识到这种晶体的战略意义,随即停止对外出口。美国APC公司(联邦国有企业)与克莱门森大学合作从当时开始研制这种晶体,到今日APC公司成为了美国国内唯一生产这种战略性材料的企业。APC公司的KBBF晶体现在已经经过了测试和评估,并展示出了可与中国制造的同类产品相媲美的性能,并且在部分领域有所超越,这将大幅度降低这种材料的成本。

KBBF在高功率状态下紫外线性能比上一代BBO晶体性能好两倍,并能够用于制造超高速激光扫描设备,这将大大提高美国国防和国土安全威胁探测能力,对美国科学研究和精密测量能力的提高而言,KBBF具有“规则改变者”的意义。目前APC公司还在继续进行这种产品的开发。

据国内相关资料,我国最早在1990年发现KBBF晶体,这种晶体是我国科技工作者首先提出并研制成功,在紫外线波段性能全面优于当时已经发现的任何材料。它的研制成功在国外引起巨大反响。

1990年时中国用这种材料实现了低至204.8纳米相位匹配的二次谐波的发生。2013年9月9日,中科院网站公布,我国深紫外固态激光源系列前沿装备日前通过验收,我国成为世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家。

报道提到,上世纪90年代初,在发现硼酸盐系列非线性光学晶体后,中科院院士陈创天的研究团队经过十余年的努力,在国际上首先生长出大尺寸KBBF晶体。

KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体,是在非线性光学晶体研究领域中,继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。

关于KBBF晶体基础上制造的深紫外波段激光的应用,文章提到,如今,这8台科学仪器已经在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽禁带半导体和催化剂等研究中获得了重要结果。

以深紫外激光光发射电子显微镜(PEEM)为例,目前国际上最先进的光发射电子显微镜空间分辨率最高为20nm,而采用全固态激光器后能提高到3.9nm。中科院大连化物所利用这台仪器开展了石墨烯/Ru(0001)表面插层反应原位观测,为石墨烯等光电子材料发展和应用提供了强有力的研究手段。

沉痛悼念:陈创天院士!美国曾花了15年才突破其技术!

美国《自然》杂志文章刊登陈创天院士和他的KBBF晶体,文章中提到,美国曾试图重金聘请陈院士到美国,被拒绝。

美国在KBBF晶体制造技术方面的追赶是从2009年开始的,当时美国《自然》杂志刊登文章称,中国开始禁运KBBF晶体,将对美国相关领域的研究产生严重影响,呼吁开始研制美国自己的KBBF晶体。

据查询,正是从2009年开始,美国政府开始直接对APC公司的KBBF项目拨款,项目启动资金约15万美元,此后又在2011年追加50万美元,完成了项目相关预研。此后进入正式的研制开发阶段,迄今项目耗资“数百万美元”。

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KBBF是制造1兆瓦脉冲激光器的理想材料,美国YAL-1激光反导试验飞机的发射功率就是1兆瓦。不过,深紫外波段激光在大气层内没有实用意义,很容易被大气吸收。

沉痛悼念:陈创天院士!美国曾花了15年才突破其技术!

资料显示,美国在70-80年代研究太空激光武器的时候曾研究深紫外波段的激光(176纳米波长)拦截来袭洲际导弹的可行性。

2015年8月,中国科学院网站上刊登文章《福建物构所发现新型无铍深紫外非线性光学晶体材料》,披露了一些中国在激光晶体研制方面的新成果。文章提到:深紫外激光由于波长短、能进行更高精度加工的优点,在半导体光刻、激光光电子能谱仪和激光切割上具有重要的应用。目前,KBe2BO3F2(KBBF)是唯一能实际输出深紫外激光的非线性光学(NLO)晶体,但是,KBBF含剧毒铍元素且其晶体层状生长习性严重,因此,急需探索新型深紫外NLO晶体材料。福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组在国家自然科学优秀青年基金和赵三根副研究员主持的海西研究院“春苗”人才专项等项目资助下,基于元素周期表的对角线规则,利用Al3+取代有毒的Be2+,设计合成了一种新型无铍深紫外NLO材料Rb3Al3B3O10F(RABF)。

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