在中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)的一间实验室内,一束激光穿过精密的光学元件。在仪器的嗡鸣声中,研究员杜骏注视着屏幕上的数据曲线。
从一名初出茅庐的化学本科生,到如今在光物理研究领域留下印迹的青年科学家,杜骏始终在追问一个根本问题:光与物质究竟能以何种方式相遇,并最终为人类所用。而支撑他在漫长科研路上不断求索的,正是一份笃定的信念:“无论做什么,先问问自己是否真正接受并愿意投入,这样才能放平心态,保持乐观,坦然面对成败。”

与量子点的“偶遇”
杜骏并非一开始就扎根于量子点光谱学。本科就读于沈阳化工大学化学工程与工艺专业时,他接受的是传统化工训练。“后来我到华东理工大学攻读研究生,”他坦言,起初选择深造,内心最强烈的渴望是“拥有更多机会和国际视野”。当时,他对未来的科研图景并没有清晰的认知,只有那份渴望拓宽边界、向往远方的冲动,在心底悄悄扎根。
真正将他领入量子点世界的,是博士生导师钟新华。“我们课题组主攻的方向是量子点太阳能电池。”正是这种看似偶然的“选择”,将他推向了时代的潮头。
彼时,各类新型太阳能电池的研究如火如荼,量子点作为光捕获材料正展现出独特的魅力。在那段日子里,杜骏聚焦于量子点的合成与太阳电池的构建。当他亲手合成量子点、组装电池器件,成功点亮小灯泡、驱动玩具小车时,“当时感觉很惊喜”。那是他第一次直观地感受到光能转化为电能的奇妙,一种成就感在心中生根。然而,受限于当时的认知,他对“光与物质的相互作用”的理解,还只能停留在器件性能的表征上。
博士毕业后,杜骏远赴美国洛斯阿拉莫斯国家实验室,加入Victor Klimov的团队。这一步让他从对量子点的初步认知,跨越到了对光物理知识深层次的学习中。
在这段岁月里,杜骏的学术视野被进一步扩展,他开始掌握时间分辨光谱技术,学会如何利用光、磁、电、温度等多重手段去“拷问”量子点的内在本质,还在这里遇到了他的师兄——吴凯丰。随后,杜骏和吴凯丰一起来到大连化物所,进一步开展对光电转化效率本源的研究。
当缺陷成为“朋友”
在量子点太阳能电池研究领域,曾有一个近乎“铁律”的共识:缺陷态是有害的。材料中的缺陷被视为光生电荷的“陷阱”,电荷一旦落入其中,便会以热能形式损失,导致器件性能下降。为了获得高效电池,学者们采用各种方法去钝化缺陷,追求近乎完美的晶体。
然而,随着研究的发展,团队眼中却出现了一组“不合常理”的数据。他们观察到,自己制备的铜基量子点产率较低,意味着材料中充满了大量缺陷。按照传统逻辑,这样的电池应该表现糟糕。但事实却恰恰相反,它的外量子效率出奇地高。这与传统观点中,光生电荷被缺陷态捕获后会损失的观点相矛盾。
“我们没有把器件做成最优结构,而是特意做成了一些吸光效果很低的‘糟糕’结构,”杜骏回忆起当年的实验设计。当他们故意降低吸光强度后,发现外量子效率虽然下降,但内量子效率——这个真正反映材料本身光转化能力的指标却始终保持理想数值。这就表明,被缺陷态捕获的电荷,其实是能参与到光电转化过程中。
这个看似反常的现象,促使杜骏跳出了惯性思维。他没有急于用常规理论去解释,也没有为了迎合主流认知而忽视异常数据。“打破惯性思维,就要对每个数据深度思考,往往就是多想一步,就能有更新的发现。”
他反复比对各种表征结果,从超快光谱到电化学分析,一幅全新的“图像”逐渐浮出水面:被缺陷态捕获的电荷,并未“死亡”,而是以某种方式参与了后续的光电转化过程。缺陷态不再是单纯的杀手,反而可能扮演了桥梁或媒介的角色。
2020年,杜骏以第一作者身份在《自然—能源》上发表了这一发现,提出了“缺陷态可参与电荷转移用于光能源转化”的新机制,在光伏与光物理领域激起层层涟漪。
五年后,他再次在《美国化学会志》上深化了这一体系。从光伏拓展至光化学与光催化,应用场景的迁移背后,是对“缺陷态工程”理解的变化:它不再只是太阳能电池中的一种特殊现象,而可能成为一种普适性的策略,用于设计更高效的光能转化体系。
关注“主线”任务
在杜骏的成果清单上,并列着光伏、光合成、发光等多个方向,看似分散,实则暗藏一条清晰的主线。“这些课题中的研究材料都是量子点,并且内容也都围绕着如何实现光能源有效吸收与最大转化效率。”他说道。量子点是他手中不变的主角,而如何让光与这个微小世界更高效地互动,是他最关心的剧本。
量子点液体激光器是团队的重点布局方向之一,也是杜骏此前工作的延续。然而,激光器的构建涉及三大核心要素:激光增益介质、泵浦光源、光学谐振腔。后两者并非杜骏的强项,实验一度陷入僵局。“我们组不具备研究条件,但通过所内合作,在七室郭敬为老师的帮助下,我们通力合作,实现了原型器件的构建。”
一次内部协作,打通了从基础多体物理研究到器件应用的完整链条。杜骏对此感触颇深:“光学相关的技术和工程化是我没有涉猎过的领域,但通过合作与互补,我们彼此都获得了成长。”这种开放包容的态度,恰恰延续了团队一贯的治学理念——“要注重学术交叉与合作,不要给自己下定义,要接受变化。”
因此在研究中,杜骏也选择不给自己设限,不让量子点囿于某个特定的应用场景,而是始终在寻找光与物质相互作用的新边界。当被问及该领域未来最大的科学挑战时,他的回答十分简洁:“我认为是材料的可控合成。”在他眼中,无论应用场景如何变幻,根基都在于对材料本身物性的精准驾驭。
从沈阳化工大学到华东理工大学,从美国回到大连化物所,杜骏的科研地图横跨了化工、材料、物理、光电等多个领域。他并不刻意追求学科边界上的标新立异,而是始终紧握量子点这条主线,将异常转化为突破,将合作转化为桥梁。“在科研上多想一点,多做一步,收获便会不期而至。”杜骏说。(文/孙丹宁 图/杜骏)