几十年过去了,“中国牌”晶体这个“老字号”更显创新活力。很难想象,当年研发“中国牌”晶体的科学家们经历了怎样的奋斗历程。
2009年2月,国际期刊《自然》发表题为《中国晶体——藏匿的珍宝》的采访调研文章,认为中国禁运氟代硼铍酸钾晶体(KBBF),将对美国功能晶体相关领域的研究和发展产生严重影响,并断言“其他国家在晶体生长方面的研究,还无法缩小与中国的差距”。
该文的缘起是中国2007年正式宣布停止对外提供KBBF,美国人不惜重金请求购买或邀请相关中国专家去美国工作,都被严词拒绝。中国科学家用国际领先的自主创新成果在高技术领域对美国说“不”。
从20世纪60年代开启理论研究,到80年代研制出低温相偏硼酸钡晶体(BBO)、三硼酸锂晶体(LBO),再到90年代研制出KBBF,中国科学院福建物质结构研究所(以下简称“福建物构所”)等单位的科学家,打破了中国在晶体生长领域仿制、跟跑的局面,让“中国牌”晶体闪耀世界。
几十年过去了,“中国牌”晶体这个“老字号”更显创新活力。很难想象,当年研发“中国牌”晶体的科学家们经历了怎样的奋斗历程。
不跟在外国人后面走
材料是人类社会进步的里程碑。作为一类重要材料,晶体指能自发生长成规则几何多面体形态的物体。随着科技进步和经济发展,人工功能晶体已成为激光设备等不可或缺的基础材料。
激光技术是20世纪“四大科技发明”之一。作为激光设备的上游关键部件,非线性光学晶体可以将某一频率的激光转换成另一频率的激光。
20世纪60年代初,国外已发现一些非线性光学晶体材料,而中国尚未研发出自己的晶体。整体看,国际上非线性光学晶体研发都相对滞后,导致激光器进一步应用乏力。
功能晶体乃至所有功能材料的性能,都取决于其组成和结构,而这需要专业人才深入研究。在那个年代,我国缺乏这方面的人才,谁来研发“中国的晶体”?
1945年,我国结构化学领域开拓者卢嘉锡留学归国,组织队伍开启晶体材料研究,并在国内首次招收以结构化学专业为主的研究生。卢嘉锡1955年当选中国科学院化学学部委员,1981年至1987年任中国科学院院长。

在美国留学期间,卢嘉锡在美国国家科学院院士鲍林的指导下,利用X射线和电子衍射法技术分析研究晶体结构和分子结构;他所设计的卢氏图表载入《国际X射线晶体学用表(第二卷)》,被国际化学界应用了几十年。
国外晶体研究已开展数十年,我国如何赶超?基于对国际国内晶体研究的分析,卢嘉锡认为探索新晶体材料,不应受国外学术思想束缚,跟在外国人的后面走,而应在分析、总结国外已有工作基础上走自主创新之路。
“打造科研平台很关键。”福建物构所所长曹荣介绍,1959年,中国科学院福建分院设立并筹建技术物理所、化学所等6个研究所和生物物理研究室。卢嘉锡一直构想建立现代化物质结构研究室,福建分院的设立让他看到了希望。
1960年,卢嘉锡经过深思熟虑,向中国科学院和福建省委提出将福建分院筹建的“六所一室”整合,最终形成福建物构所,卢嘉锡为首任所长。自此,卢嘉锡带领福建物构所的研究团队开始研制非线性光学晶体。
让人匪夷所思的重大发现
当时,我国缺乏技术、没有经验和专业人才,只能从仿制起步。由于没有理论指导,工作很快就遇到瓶颈。
那时科研条件极为简陋。建所之初,主体建筑是一幢四方形平房,人员主要是复退军人和大中专毕业生,办公和仪器设备是从其他学校搬来的,吃饭就在临时搭建的竹棚里。
即便如此,卢嘉锡还是凭借研究积累,部署了结构化学、非线性光学晶体等研究方向,希望从结构化学角度探讨晶体和分子结构、电子结构之间的关系。
构想有了,关键是靠大团队联合开展大攻关。为此,卢嘉锡想方设法从高校调来理论物理等专业的毕业生,陈创天(2003年当选中国科学院院士)就是其中之一。

