黄昆百年诞辰纪念:他是中国半导体一代宗师
2019年是中国科学院院士、中国半导体技术奠基人、2001年度国家最高科技奖获得者黄昆诞辰100周年。
黄昆先生 (1919.9.2—2005.7.6)
黄昆1941年毕业于燕京大学物理系,1944年于国立西南联合大学物理系获硕士学位 (导师吴大猷),1948年在英国布列斯托尔大学物理系获博士学位 (导师莫特),之后任英国利物浦大学理论物理系ICI 博士后研究员,并有一半时间访问爱丁堡大学玻恩教授,与他合著了《晶格动力学理论》。
1951年黄昆回国,先后担任北京大学物理系教授、固体物理教研室主任、北大复旦等五校联合举办的半导体专门化教研室主任、北大物理系副主任。黄昆1955年被遴选为中国科学院数理学部委员,1977年起任中国科学院半导体研究所所长、名誉所长,曾先后当选瑞典皇家科学院国外院士、第三世界科学院院士、IUPAP半导体分会委员、中国物理学会理事长。
在科技界,“黄昆”二字掷地有声。玻恩是量子力学的创始人之一。1951年,他与黄昆合著了一本固体物理学的“圣经”——《晶格动力学理论》。
这位诺贝尔奖获得者当年在写给爱因斯坦的信中说:“书稿内容现在已经完全超越了我的理论,我能懂得年轻的黄昆以我们两人名义所写的东西,就很高兴了。”
黄昆在科研上曾焕发出两次蓬勃的生命力:一次是1945~1951年在英国求学时,《晶格动力学理论》便是这期间的著作;第二次是在1977年被调到半导体所任所长后,此时他已阔别科研生涯30年。
黄昆认为,既然身在研究所,自己就必须在科研第一线工作。当时,年近60的黄昆想,科学家老了会掉队大概有两个原因:一是知识老化,特别是基础理论和方法跟不上发展;二是由于地位,容易脱离一线工作,以致自己原来的老本行也逐步忘记。
在承认局限性的基础上,黄昆坚持动手做一线的具体工作。也就是在这个时期,震惊世界的“黄—朱模型”被提出,解决了超晶格领域存在的疑难问题。
国际著名固体物理学家、德国马克斯普朗克协会固体物理研究所前所长卡多纳曾这样描述黄昆:“他好比现代的凤凰涅槃,从灰烬中飞起,又成为世界领头的固体物理学家。”
黄昆科研上的成就也可以分为这两个活跃期。
1951 年在英国利物浦大学做ICI博士后期间的黄昆
期间最重要的科学贡献包括:
(1) 提出杂质和缺陷引起晶体中的X光漫散射的理论,后来经实验证实,被称为“黄散射”,或“ 黄漫散射”;
(2) 理论上为电子气屏蔽的“Friedel 振荡”打下基础;
(3) 提出一对唯像方程描述长波长极限时极性晶体中光学声子位移、宏观电场与电极化强度三个物理量的关系,被命名为“黄方程”或“玻恩—黄方程”;
(4) 提出晶体中的电磁波与晶格振动格波的横波会互相耦合,形成新的本征模式——声子极化激元,一种新的元激发;
(5) 建立在晶格弛豫基础上的多声子光跃迁与无辐射跃迁理论——“ 黄—Rhys理论”(Rhys 即黄昆夫人,中文名李爱扶),成为固体杂质缺陷束缚电子态跃迁理论的基石;
(6) 与玻恩共同撰写《晶格动力学理论》专著。这些成就,使他成为国际固体物理学界和晶格动力学领域的一位领头科学家。
主要成果有:
(1) 统一了3种不同的理论模型,解决了多声子无辐射跃迁理论的疑难问题;
(2) 建立了半导体超晶格光学声子的“黄—朱模型”。
上述黄昆8项主要的科学贡献,除X光漫散射理论和“Friedel振荡”外,都与量子化的晶格振动格波,即与声子有关,主要研究对象是声子和声子参与的固体光学或电学等物理过程。即使X光漫散射理论,也与晶格的非完整性有关。
因此,黄昆曾多次谈起,他一生的主要研究领域是声子物理。毫无疑问,玻恩是晶格动力学的奠基人,但是在用量子力学重新系统阐述晶格动力学理论方面,在进一步研究声子参与的固体中各种物理过程,在声子物理学科的开拓方面,黄昆是国际最主要的开创人之一。
除了在科研上的成就,黄昆是公认的我国固体物理和半导体物理两个学科的开创人之一,特别是新中国半导体科学技术开创人之一。
他参与制定了中国12年科学发展规划 (1956年-1967年),为重点发展我国半导体事业提出了具体规划及实施的紧急措施,其中最重要的一项措施是要尽快培养半导体专门人才。
之后不久教育部决定,将北京大学、复旦大学、东北人民大学 (1958年改名吉林大学)、南京大学和厦门大学的有关教师,四年级本科生和研究生从1956年暑假起集中到北京大学,开办我国第一个半导体专门化培训班 (还包括南开大学及清华大学本科生和旁听生20名)。专门化培训班由黄昆任主任,复旦大学谢希德任副主任,集中在一起的教师近30 人。
两年内,半导体专门化培训班建设了一系列从理论到实验的半导体专业课程,培养的二百余名学生,成为我国半导体事业的“黄埔一期”。
“五校半导体联合专门化”学生与黄昆合影
1977年11月,在邓小平的直接干预下,黄昆从北京大学调入中国科学院半导体研究所,担任了6年所长,而后一直是名誉所长,他对提升半导体所的学术水准有着突出的贡献。
黄昆是一位有远见的半导体物理的学术带头人。他很早就觉察到,半导体超晶格微结构作为半导体物理、材料与器件三者结合点,有可能成为半导体科学技术一个重大的发展, 为此他团结全国相关力量,领头筹建超晶格微结构国家重点实验室,有力地推动了全国在这个新兴领域研究工作的开展。
黄昆在60年的科学研究和教学生涯中形成了极具鲜明特色的个人风格。
黄昆的治学,如同他的为人,朴实、低调。他的名言,“学习知识不是越多越好,越深越好,而是应当与自己驾驭知识的能力相匹配”,充分体现了他的实事求是和朴实的风格。
黄昆把自己一辈子的科学研究经验归结为“三个善于”,即要“善于发现和提出问题,善于提出模型或方法去解决问题,善于作出最重要、最有意义的结论”,发人深省。
在近日举办的第22届全国半导体物理学术会议上,中国科学院院士、清华大学教授朱邦芬作了题为《一个大写的人和中国半导体物理及固体物理的奠基人——纪念黄昆先生百年诞辰》的报告,回忆了黄昆做人、做事、做学问的点点滴滴,并评价道:
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