浙江杭州,西湖大学。
这里是中国新型研究型大学的代表,虽然校园不大,但藏龙卧虎。
林远和顾盼走进了一间看似普通的实验室。门口挂着个牌子:“拓扑光子学研究中心”。
推开门,里面黑漆漆的。
只有几束绿色的激光,在空气中交织成一张复杂的网。
一个穿着拖鞋、头发乱得像鸡窝的年轻人,正蹲在地上,盯着一束光发呆。
他叫楚风。
天才,疯子,光子学界的“魔术师”。
“楚博士,”林远喊了一声。
楚风没理他,手里拿着一面小镜子,挡在光路上,让光折射了一个角度。
“不对……还是漏了。”楚风喃喃自语,“这弯转得太急,光子全甩出去了。”
“楚博士,我是江南之芯的林远。”
“没空。”楚风头也不回,“我在解题。别拿凡人的事来烦我。”
顾盼有点生气:“嘿,你这人……”
林远拦住顾盼,走到楚风身边,蹲下,看着那束光。
“你想让光转个90度的直角弯,而且一点能量都不损耗?”
楚风终于转过头,看了林远一眼,眼神像看白痴。
“废话。芯片要做小,光路就得折叠。现在的光子芯片,为了让光拐弯,得画一个很大的弧线。这太占地方了。”
“我想让它像电路一样,直角转弯。但这违背物理常识。”
“光是有惯性的。你硬让它拐弯,它就撞墙,散了。”
“除非……”
“除非什么?”林远问。
“除非你能给光修一条带有护栏的高速公路。”
楚风在地上画了个图。
“拓扑保护。”
“简单说,就是造一种特殊的材料结构。这种结构,对光来说,只有一条路可走。”
“哪怕路是弯的,是打结的,甚至是断的。”
“光也只能沿着这条路跑,绝对跑不出去!”
“就像高速公路上的护栏,把车死死挡在路中间!”
“那你造出来了吗?”林远问。
“没。”楚风把手里的镜子一扔,一脸颓废。
“理论我有。但是,造不出来。”
“为什么?”
“因为路不平。”
实验室,显微镜下。
楚风指着一块废弃的芯片样品。
“你看这条光路。”
那是在硅片上刻出来的一条沟槽,宽只有几百纳米。
肉眼看,它直得像尺子画的,边缘光滑如镜。
但是,在电子显微镜下。
那沟槽的边缘,就像是锯齿。
坑坑洼洼,凹凸不平。
“这就是问题。”楚风叹气。
“我们要利用拓扑效应锁住光,要求结构的精度必须达到原子级。”
“哪怕边缘有一个原子的突起,光撞上去,就会发生散射。”
“对于光来说,这些微小的锯齿,就是路上的巨石。”
“光在里面跑,一路磕磕碰碰。”
“还没拐弯呢,能量就撞没了。”
“这是加工精度的死结。”
“现在的光刻机和刻蚀机,虽然能刻出5纳米的线,但刻出来的边缘,总是毛毛糙糙的。”
“就像是用大斧头去削铅笔,怎么可能削得光滑?”
死局。
理论是完美的,但手艺跟不上。
林远看着那条“锯齿路”。
“既然刻不平……”
“那我们就抹平它。”
“抹平?”楚风愣了,“拿砂纸磨?这可是纳米级的沟,砂纸伸不进去。”
“不用砂纸。”
林远想起了之前在江钢修补压缩机叶轮,还有在电池厂做涂层的经验。
“楚博士,你装修过房子吗?”
“没。”
“墙上如果有坑,怎么弄平?”
“刮腻子。”
“对!”林远眼睛一亮。
“我们给这条光路,刮一层原子腻子。”
“找一种特殊的材料。”
“把它变成气体,或者是极稀的液体。”
“让它流进那条沟里。”
“它会自动填满那些坑坑洼洼的地方。”
“等它干了,路不就平了吗?”
楚风皱眉:“可是,填进去的东西,得跟原来的材料光学性质一样啊!折射率得一致,否则光照样会散射。”
“那就用同一种材料。”
林远看向王海冰。
“我们现在的波导是硅做的。”
“那我们就用非晶硅来填坑!”
“用原子层沉积技术!”
“但这有个问题,”王海冰提醒道,“ALD是均匀生长的。它会在凸起的地方长,也会在凹进去的地方长。”
“最后长出来,还是不平的。”
“就像你在波浪地上铺地毯,铺完了还是波浪。”
林远沉默了。
确实,ALD是保形的。它不会自动填坑。
“那我们就让它流起来。”
“流?”
“对。”
林远眼中闪过一丝疯狂。
“我们用激光回流。”
“先把非晶硅铺上去。”
“然后,用一束极细的、能量极高的激光,扫过边缘。”
“让那层非晶硅,瞬间熔化!”
“变成液体!”
“液体有表面张力。”
“在张力的作用下,它会自动收缩,把凸起拉平,把凹坑填满!”
“就像水流过沙地,自动变平一样!”
楚风听得目瞪口呆。
“在纳米尺度上搞熔化回流?这控制难度太大了!温度稍微高一点,整个芯片结构就塌了!”
“我们有盘古。”林远自信地说。
“让AI去控制激光的功率和路径。”
“在0.001秒内,完成熔化和冷却。”
“只烫皮,不伤骨!”
江州,PFL实验室。
楚风带着他的理论,加入了林远的团队。
设备搭建好了。
一台高精度的飞秒激光器,对准了芯片上的光路边缘。
“开始!”
激光像手术刀一样,在只有几百纳米宽的边缘上划过。
“滋”
没有声音,只有显微镜下的图像在变。
原本锯齿状的边缘,在激光扫过的一瞬间,变得模糊、圆润。
就像被火烤过的蜡烛边缘。
“停!”
激光熄灭。
冷却。
再看显微镜。
“平了!”顾盼惊呼。
那条原本像锯齿一样的线,现在变成了一条完美的直线。
粗糙度:0.1纳米。
比镜子还平!
“神乎其技……”楚风看着屏幕,手都在抖。
“这简直是原子级抛光。”
“有了这条路,我的光,就能跑起来了!”
路修平了。
接下来,就是见证奇迹的时刻。
楚风设计了一个极其复杂的“光子迷宫”。
在一个指甲盖大小的芯片上,光路折叠了一千次。
全是直角弯。
如果用以前的技术,光转两个弯就没影了。
“通光!”
激光射入入口。
所有人都屏住呼吸,盯着出口的探测器。
一秒。
两秒。
“滴!”
探测器亮了!
信号强度:95%!
经过一千次直角转弯,光信号依然强劲!几乎没有损耗!
这意味着什么?
这意味着,原本需要像书本一样大的光子芯片。
现在可以折叠起来。
变成像指甲盖一样小!
体积缩小了100倍!
“成功了!”
楚风激动得抱住了林远。
“林董,你把我的理论,变成了现实!”
“这下,我们可以把光子芯片,塞进手机里,塞进眼镜腿里了!”
就在大家欢呼的时候。
警报灯又亮了。
这次不是光路问题。
是热。
因为光路折叠了一千次,虽然单次损耗很小,但加起来,热量还是堆积在了一个极小的点上。
芯片变得滚烫。
“温度:80度……90度……”
“散热跟不上了!”王海冰喊道。
之前的“金刚石+液态金属”散热方案,是针对大芯片设计的。现在芯片变小了100倍,热密度反而增加了100倍!
这就像把以前分散的火苗,聚成了一个喷枪。
金刚石底座虽然导热快,但热量传导需要面积。现在接触面积太小,热量“堵”在芯片里出不去。
“必须在芯片内部散热。”
林远盯着发红的芯片。
“不能只靠底座。”
“要在芯片的肚子里,修水管!”
“什么?”大家愣了。
“微流道冷却。”
林远在白板上画图。
“我们在光路和光路之间的空隙里。”
“刻出无数条微米级的水渠。”
“让冷却液,直接流进芯片的心脏里!”
“就像人体的毛细血管一样,遍布全身!”
“带走每一处的热量!”
“可是……”王海冰为难,“这工艺太复杂了。要在几百纳米的光路旁边挖水沟,万一漏水了,光路就废了。”
“而且,什么液体能钻进这么细的管子还能流动?水肯定不行,张力太大,流不动。”
林远沉思片刻。
“不用水。”
“用超临界流体。”
“什么?”
“二氧化碳。”
林远解释道:
“把二氧化碳加压,加温。”
“它会变成一种既像气,又像液的东西。”
“它像气体一样,能钻进极细的缝隙。”
“又像液体一样,能带走大量的热!”
“我们在芯片里,通超临界二氧化碳!”
“这叫气态洗澡!”
这是一个疯狂的工程。
在比头发丝还细的芯片内部,不仅要修光路,还要修水路。
稍有不慎,就会塌方。
但在“盘古”的精确计算和“雷神”封装机的微操下。
第一块“内冷式折叠光子芯片”诞生了。
它看起来像一块透明的水晶,但里面布满了复杂的管道。
“通气!”
高压二氧化碳注入。
“开机!”
光路点亮。
热量刚一产生,就被流动的流体带走。
核心温度:40度。
稳如泰山!
“完美……”
楚风看着这块芯片,简直像是在看神迹。
“这已经不是芯片了。”
“这像是一个有血管、有神经的生物。”
芯片做小了,也做凉了。
“玲珑”二代芯片,正式定型。
体积:5 x 5。
算力:相当于以前的大板砖。
功耗:手机电池能带得动。
“这下,天眼眼镜可以做成隐形眼镜那么大了。”顾盼高兴地说。
“而且,可以装进手机里,甚至装进耳机里。”
“耳机?”
“对。”林远说。
“以前的耳机只能听歌。”
“现在的耳机,装上这个芯片。”
“它能实时翻译全世界的语言。”
“它能听懂你的情绪。”
“它甚至能帮你接电话,应付骚扰电话。”
“这叫真·智能穿戴。”
林远看着手里的小芯片。
他知道,这东西一旦量产,整个消费电子行业都要变天。
苹果、三星、高通,他们的那些硅基芯片,在这个光子怪物面前,就是算盘和计算机的区别。
“准备发布会吧。”
林远收起芯片。
“这次,我们要让全世界看看。”
“什么叫降维打击。”
然而,就在这时。
林远的电话响了。
是一个久违的号码。
是燕清源。
“林远,”燕清源的声音听起来很疲惫,但也带着一丝幸灾乐祸。
“你别得意太早。你虽然搞定了技术,搞定了生产,但你忘了原材料。”
“什么原材料?镓?锗?光刻胶?我们都有啊。”
“不。”
燕清源冷笑。
“是沙子。”
“石英砂。”
“你之前在东海县搞的那个提纯法,虽然能用,但产量太低。”
“现在,你的产能扩大了十倍。”
“东海县的矿挖空了。”
“而且,”燕清源顿了顿。
“国土资源部刚刚发文。”
“为了保护环境,全国范围内暂停所有新的石英矿开采审批。”
“你没米下锅了。”
林远心里一沉。
千算万算,没算到石头不够用了。
没有高纯石英,就做不出光子波导,也做不出掩膜版。
芯片厂,又要停摆?
“不。”
林远看向窗外。
“既然地上的石头挖完了……”
“那我们就人造石头。”
“人造?”顾盼问,“石头还能造?”
“能。”
林远眼中闪过一丝精光。
“沙子的成分是什么?二氧化硅。”
“这东西,地球上到处都是。稻壳里有,甚至空气里的灰尘里都有。”
“我们要搞硅循环,去把那些废弃的太阳能板,全给我收回来!那些板子上,全是最高级的提纯硅!那是城市矿山。”