坚持“难而正确的事”，他们将不可能变为可能
左为吴正冉的黏土手工品，中为拓扑腔面发射激光器阵列芯片晶圆，右为王刚的拓扑微波隔离器原型；后为“青年团队计划”入选证书（中）和发表论文的杂志。
■本报记者 韩扬眉
5年前的初夏，中国科学院物理研究所（以下简称物理所）研究员陆凌课题组面临困难处境。彼时，他正带领团队开展具有挑战性的“从0到1”的探索。然而，由于研究周期长、短期难出成果，在读的学生担心毕业、新来的学生考虑离开，同时课题研究中面临的困难还摆在眼前……
恰在此时，陆凌得到了由中国科学院与财政部联合启动的“稳定支持基础研究领域青年团队计划”（以下简称“青年团队计划”）的支持。这一支持犹如“雪中送炭”，让团队重获生机，避免了前功尽弃。很快，前期的积累加上这“临门一脚”的关键支持，让陆凌团队取得了第一项重要成果——研制出拓扑腔面发射激光器，不仅从原理上突破了当下半导体激光的瓶颈，还获得了远超同类商用产品的指标和性能。
此后，由于能更安心地做科研，陆凌团队频频取得突破。2025年，他们再次取得两项原创性成果：一是研发出比商用隔离器性能指标高5倍以上的拓扑微波隔离器，二是发现了一类全新的透明导电材料。两项成果都具有巨大的应用潜力。
这3项成果都属于光电领域基础研究的重要突破。正因为“青年团队计划”的支持，陆凌才能继续专注做这一领域里“难而正确的事”，做“有影响力的工作”。“稳定支持让我不再为世俗评价而焦虑，只在意下一个工作能不能比上一个更好。”陆凌说。
扎根的土壤
在美国麻省理工学院从事博士后研究工作期间，陆凌就开始了拓扑光子学研究。彼时，他为《自然-光子学》撰写了“拓扑光子学”的同名综述文章，首次提出了这一名称。
拓扑，是人类已知最稳定的物理性质之一。通俗地说，用橡皮泥捏出一个甜甜圈或一个咖啡杯，它们在拓扑上是完全等价的。因为在连续形变的过程中，“洞”的数量始终不变。
“无论细节怎么变形，只要全局几何不变，物理性质就不变，这种稳定性是几乎所有器件都需要的。”陆凌说。自上世纪80年代以来，拓扑物理领域已诞生了3个诺贝尔奖，但一直没有找到应用出口。
10年前回国加入中国科学院的陆凌，试图填平这道鸿沟。“如果能在祖国实现原始创新的突破，那将是我能做到的最有影响力的事之一。”陆凌说。
陆凌告诉《中国科学报》，回国后，他面对的困难远超预期，但这是“做原创工作”的代价和规律。
庆幸的是，中国科学院围绕加强基础研究提出的一系列新思路、新措施，让他的梦想有了得以扎根生长的深厚土壤。
2021年，“青年团队计划”启动后，原中国科学院前沿科学与教育局（现中国科学院基础科学研究局）牵头，会同院机关相关部门、智库、科学家，以“自上而下”和“自下而上”相结合的方式遴选科学问题，聚焦解决国家重大需求背后的源头科学难题，尤其强调“从0到1”的原始创新。
陆凌提交了拓扑光子学领域“基于拓扑特性的激光、材料新技术”这一难题。中国科学院组织相关院士专家严格研判，认定该问题具有在关键领域和方向路径上原创的理念，最终将其列入科学问题清单并发布。
“精选题”环节结束后，接下来就进入“严选人”的阶段。“青年团队计划”广邀中国科学院优秀青年科学家“揭榜挂帅”。
陆凌自然成为“揭榜人”之一。在后续的遴选环节，陆凌团队需要与众多优秀的青年科学家团队竞争，回答由院士专家组成的“最强大脑”提出的“刁钻”问题。
不问头衔、不数论文，在最终的答辩会上，评审专家只聚焦两个核心问题，即这个人是不是该领域的拔尖帅才，是不是真正活跃在基础科学前沿、具有较强原始创新能力或潜力的优秀青年科学家。
陆凌以清晰的科学原理和可操作的技术路线，以及坚持原始创新的精神打动了评审专家。一位评审专家说：“你确实有原创的东西，而且对国家是有用的。”
最终，陆凌团队脱颖而出。
颠覆传统
“青年团队计划”鼓励科学家打破传统、宽容失败，这让他们“放开了手脚”。拓扑微波隔离器的诞生便得益于此。
微波隔离器广泛应用于手机基站、核磁共振和卫星通信等现代微波系统。它就像一个“单向阀门”，允许正向信号通过，阻止反向信号，以保护包括微波源在内的敏感元件，提高系统的整体性能。
衰减反向信号的程度是判断微波隔离器性能的核心指标。目前商用隔离器一般提供20分贝（dB）左右的隔离度。而陆凌有一个颠覆传统思路的想法，即将拓扑物理引入微波隔离器。
陆凌告诉《中国科学报》，传统隔离器靠磁性材料让正反向信号不对称，产生隔离度。拓扑隔离器则彻底实现正反向信号的空间分离，反向信号可以被任意吸收而不影响正向信号通过，从而实现隔离度最大化。
实际上，20世纪70年代开始就有人尝试过类似的设计方向，但受限于拓扑原理的缺失以及仿真软件的不足，没能充分挖掘其潜力。“有了‘青年团队计划’的支持，我的博士生王刚有条件深挖下去，最后发现真正的‘宝藏’就在下面。”陆凌说。
根据理论和仿真，拓扑隔离器可实现高达200dB的隔离度，10倍于传统隔离器。在实验测量中，受制于测试设备的噪声极限，陆凌团队实现了超过100dB的超高隔离度。相关成果以封面文章形式发表于《自然-光子学》，展示了拓扑光子学对微波工程领域的革新能力。
王刚制作的器件原型背后，刻着“L01·IOP·CAS 2025”字样，代表着这是2025年在物理所L01组诞生的。L01是陆凌领衔的课题组，这是他们继拓扑腔面发射激光器之后，第二次完成从新物理原理到器件雏形的全链条原创工作。
“研究期间，没有频繁的进度汇报和考核打扰，我们得以在原始创新的道路上坚定前行。”陆凌说，通过优化设计，未来有望进一步提升器件性能和缩小器件尺寸。
第二种不可能
在陆凌办公室书架的最高层，在中国物理学界重要奖项“周培源物理奖”奖杯、“青年团队计划”入选证书旁边，放着一个小巧的黏土手工品。
陆凌小心翼翼地把它取了下来。这个手工品形似一本打开的书，书页里展示着他们最新发现的透明导电新材料模型。这是该成果的主要完成人、博士生吴正冉毕业前送给导师陆凌的纪念品。这一成果被评价为“开辟了本征透明导电的新方向”，向“青年团队计划”交出了一份优秀的“结业答卷”。
令人意外的是，起初，这是别人劝陆凌放弃的研究。
陆凌做光学微纳结构设计出身，但他深知，不可能所有需求都通过结构设计来实现。“就像衣服版型固然重要，但如果没有防水的材料，就无法设计出好的雨衣来。”他希望跨越领域，尝试突破现有光学材料的限制。
透明导体是手机触屏、显示器、太阳能电池、发光二极管等光电器件的核心材料。然而，透明与导电一直是互斥的属性，目前主流的透明导体都是掺杂半导体或绝缘体获得的，牺牲了部分透明性。
2005年，有理论提出，可以通过一种非常特殊的能带结构让金属材料获得理想的透明属性。不过，这种透明金属始终未在现实世界中被发现。
为寻找这样的材料，陆凌团队对整个无机材料数据库中数万种材料进行高通量计算搜索，并做了长期的实验调研，结果一无所获。有同行劝他放弃这一研究，理由很充分——专门的材料学家都没做出来，而陆凌团队本来就不是做材料研究的。
美国知名理论物理学家保罗·斯坦哈特曾说，世界上有两种“不可能”：第一种是像永动机那样违背物理原理的“不可能”；第二种是“不违背任何已知物理原理，但却从来没有这样的先例”。
“这个材料属于第二种不可能。”陆凌表示，原则上，如果无机材料找不到，可以尝试在种类更多的有机材料中去寻找。
前路未知，唯有尝试方有可能。而“青年团队计划”给了陆凌团队试错的底气——稳定的支持机制、宽松的科研环境，以及以科学意义和应用价值为导向，突出原创性、引领性、突破性贡献的标准，坚定了陆凌走下去的决心。
陆凌先做了有机材料的初步调研，随后鼓励吴正冉继续“试试”。吴正冉顺着线索，发现有一类已知能导电的有机材料可能符合要求。于是，他从头开始学习材料制备、光学和电学性质的表征与测试。经过漫长的实验周期，他们最终成功生长出了既透明又导电的晶体，开辟了本征透明导电的新路径。该研究以封面文章形式发表于《自然-材料》，并入选了“2025年中国光学十大进展”。
“中国科学院发布的‘基础研究十条’倡导我们做原始创新。我们只有把不可能转化为可能，才是真正的突破。”陆凌双手捧起这件手工品，小心翼翼地放了回去，然后关上柜门，笑着说，“这得收好了，不能打碎了。”
去年，王刚和吴正冉都毕业了。他们向中国科学院大学提交的博士论文，不仅是一篇毕业论文，还是“从0到1”开辟新路的记录。
基础研究路径走通后，陆凌开始考虑实用化的问题。近年来，不少国内半导体激光器公司找到陆凌，探讨共同研发的可能。不过，陆凌认为，产业化不是简单的放大，是要做出一个有市场、可以稳定量产的产品。而要实现这一步，他们还需要再认真沉淀几年。
“以前我们是‘自由发散’的探索，现在道路明确了，在迈向实用化的道路上，我们需要聚焦提速了。”陆凌说。