作者简历本文作者
叶秋怡，上海人，66届高中，养牛挤奶，77级大学，留学德国，任职美国，博士后，科研员，工程师，已退休。加兴科学园区
1985年至1989年，我在慕尼黑工业大学物理系攻读博士学位。物理系所在的小镇叫加兴（Garching），位于离慕尼黑20公里的北郊。加兴以前是个贫穷小镇，自上世纪五十年代起，马克斯-普朗克（Max-Plank）学会（简称马普）陆续在加兴北面建了好几个研究所，如：等离子所，量子光学所，天体物理所，地外物理所等等，还有南欧洲天文台观察站。慕尼黑工业大学的物理系和化学系也在这里建立研究所。形成一个占地颇大的科学园区。好几位诺贝尔奖得主在加兴科学园区工作过，如：诺贝尔物理奖得主穆斯堡尔（1962年），克里钦（1985年），根策尔（2020年），化学奖得主菲舍尔（1973年）。科学园区的许多工作人员就住在加兴。在加兴的一个新建居民区里，街道全以著名德国科学家命名，如爱因斯坦路，海森堡街，莱布尼兹街，薛定谔小道等等，加兴成了一个科学镇。慕尼黑工业大学物理系的大楼位于科学园区的最北面，三层楼的建筑，里面有两大类研究所：实验物理研究所（名称以E打头）和理论物理研究所（名称以T打头）。大楼西南角的一楼是我工作过的E16研究所，即第16实验物理研究所，正式名称是固体物理实验研究所。慕尼黑工业大学物理系大楼，E16在大楼西南角的一楼（中间那一层）
我刚来到E16时，秘书交给我一个钥匙，再三叮嘱，要妥善保存。用这钥匙不但能进自己办公室，还能进E16的各实验室，物理系大楼和物理系图书馆。万一弄丢了就麻烦大了，除非你能证明钥匙掉到海里或人迹罕至的地方，以致于他人不会拿到此钥匙。加兴的原子蛋的雪景
物理系大楼的南面是马普研究院的等离子所。我的办公室窗口正对着巨大的原子反应堆的建筑，呈蛋状，故称原子蛋（Atomic egg），是加兴科学园区的地标。德国民间反对核能的势力很强大。在我留德期间，发生过西门子公司的一位负责核能设备的高官被暗杀的事件。为了防止反核能势力的冲击，原子蛋的警戒森严，由特殊的保安公司负责。四周围着两道篱笆，我们经常看见保安人员带着狼狗，在两道篱笆之间的走道上巡逻。那种狼狗非常凶猛。一天，房东太太告诉我，原子蛋的狼狗把邻居的宠物狗咬死了。那天邻居太太牵着宠物小狗，在乡间小道上散步。迎面撞见一位年轻女保安牵着狼狗走来。邻居太太知道那狼狗凶猛，便抱起小狗，侧身让道。不料，那狼狗一见小狗，就挣扎着要扑上去。女保安拼命拉住牵狗的绳子，还是不敌狼狗力大而松了手。狼狗挣脱了绳子，将邻居太太扑倒在地，小狗从邻居太太怀里挣脱，企图逃命，那狼狗立即追上去，一下子就把那小狗咬死了。
E16的风气
E16研究所可以用“铁打的营盘，流水的兵”来形容。“流水的兵”当然是指研究生和访问学者。“铁打的营盘”不仅是指E16的设备与员工：两位教授，一位秘书和五位技工，而且还指研究所的风气。我的博士导师考赫教授是德裔美国人，1972年从美国来到慕尼黑工业大学物理系，担任E16的所长。他的到来，不仅开展了半导体物理的实验研究，而且开创了研究所里生动活泼，自由开放的风气。在西德，研究所的所长是正教授（C4），权力很大，就像个小王国的国王。德国人注重师道尊严，通常学生称呼教授，都得恭恭敬敬地称“您”。然而，在E16，无论教授和学生，工人与博士，大家都平起平坐，相互之间都以“你”称呼，而不是“您”。即使对考赫教授，也干脆直呼其昵称：弗瑞德。学生与教授讨论问题，毫无忌惮，坦荡直言，甚至能当众与教授争论。考赫教授和博士生们在实验室里。右起：我，亚瑟，考赫教授，瓦利
考赫教授开朗豁达，幽默风趣。他的随和性格促成了E16中活泼和谐的风气。他平时不拘小节，大家工作时也都衣着随便。每天来E16上班，先在办公室里换上便鞋，再到实验室里开始干活，轻松自如。E16经常有外国学者来访问或进修。一位来自东欧的学者刚开始在E16工作时，每天都规规矩矩地穿着正装，系着领带。考赫教授对他说：”你以后把领带留在家里，在这儿不必戴领带。”考赫教授在半导体物理的领域里很有名望，他不仅是E16研究所的所长，还是德国多个研究机构和基金会的决策人员，而且担任亚历山大·冯·洪堡基金会的评审委员。他经常外出，为德国半导体行业的发展献计献策。考赫教授为人随和乐观，广交朋友，与许多公司大学和研究所都保持良好的关系，为E16获得许多合作课题以及优质的研究材料。他的声望不仅吸引许多优秀学生来E16攻读学位，还经常有科学家前来访问进修，其中包括一些国际知名的学者。凡是来到E16的人，都对E16自由开放的风气留下深刻印象。在这里，教授与员工和学生之间和谐相处，能干的秘书将日常事务安排得妥妥贴贴，技工们维持着实验室正常运作，新老研究生们之间互帮互学，教授与研究生之间展开热烈活跃学术讨论。物理系和E16研究所经常有学术讲座，请外来的学者来演讲。E16还有“咖啡研讨会”。每天午饭后，大家聚在休息区喝咖啡喝茶聊天。考赫教授建议利用这段时间开展研究生之间的交流，故称咖啡研讨会。在这非正式的研讨会上，研究生讲述自己的研究工作以及遇到的困难。咖啡研讨会拓宽了研究生的知识面，增进了相互之间的了解，促进大家群策群力，广开思路，为解决难题献计献策。在这和谐的氛围下，研究所的科研工作热火朝天，即使到了晚上，E16里依然热闹，一间间实验室敞开着大门，里面灯火通明，研究生们正在忙于测试，计算，或准备样品。经常有研究生工作到深夜10点多，才离开实验室。
E16的聚会
工作虽然忙碌，E16的聚会却很多。我第一次参加的E16聚会是在1985年7月下旬的夏天聚会（Summer Fest）.德国地处高纬度地区，冬季长，夏季短。德国人特别珍惜夏天时光，纷纷举办夏天聚会，聚会上最常见的是烤乳猪。在慕尼黑所在的巴伐利亚地区，人们爱吃猪肉。曾有位德国朋友与我套近乎，说巴伐利亚和中国特别有缘分，因为它们是世界上以猪肉为主要食用肉的两大地区。那次夏天聚会在E16的庭院里烤乳猪。乳猪由博士生肖希负责采办。肖希的父母经营一家肉庄，位于高速公路的休息站里。节假日里他家三兄弟得轮流替父母照看店面，由肖希负责采办是最合适不过了。那天中午，肖希和一位同事扛着一头宰好的大乳猪进来，那头乳猪四脚朝天地绑在一根铁棒上，猪身上已经划满了均匀刀痕，还抹上了调料。庭院里已搭好铁架，铁架下的碳盆里炉火熊熊，E16的工人们把乳猪安放在铁架上，一台马达驱动着绑乳猪的铁棒，缓缓地在炉火上旋转。烤了没多久，那台马达因负荷太大而过热，工人们再搬来一台风扇，对着马达猛吹。我第一次看到这样的烧烤，很是新奇。不时放下实验室的活，跑到庭院里去看热闹。看到用这些实验室的设备来烤乳猪，感到很好笑。烤乳猪从中午12点开始，足足烤了7个小时，到下午7点才大功告成。E16所有人都围坐在庭院里，开始大块吃烤肉，大杯喝啤酒，再加上大盆的新鲜色拉菜，大快朵颐。E16的研究生们在E16庭院里的夏天聚会上
E16的聚会大小不一，形式多样。除了夏天在庭院里烧烤之外，大多数聚会在研究所内的休息区举行，如迎接新年，博士告别宴会，等等。每逢慕尼黑的啤酒节期间，E16的全体成员会抽出一个下午，一起进城参加啤酒节。啤酒节广场上，各家啤酒厂搭起一座座帐篷。帐篷里面很热闹，有乐队不停地演奏音乐，顾客们随着音乐，又喝酒又唱歌，唱得兴起时，甚至站到桌子上跳舞。E16的学子们虽然年轻，还不致于失态到如此地步。我们通常都围坐在室外的野餐桌上，不敢坐在帐篷里有一年，E16的阿布希特拉教授见大家正在商量去城里参加啤酒节，他不能同去，便掏出40马克给研究生，说是给大家喝杯啤酒助兴。在所有聚会中，最感人的是博士论文答辩后的庆祝会，虽然那只是在走廊上的香槟酒会。E16每年有两至三位博士生完成论文。每当有博士生完成了论文，进行论文答辩，那是E16的大喜事，大家都来参加庆祝会。与美国的博士答辩不同，德国的博士答辩是封闭式的，参与者只有答辩的博士生，指导教授，和另外两位教授。四个人在一间小房间里，围坐在桌子四周，关起门进行答辩。研究所其他人在外面走廊上等着。我最初参加这种等待，感到很好奇，问同事：“他们在里面干什么呢？都这么久了，怎么还不出来？”同事笑着说：“他们四人可能在里面打牌！”后来，教授向我解释，封闭式答辩是避免博士生因听众太多而紧张，影响答题效果。博士在答辩时，同事们在走廊上等待着，一旁的桌子上已经摆好了博士帽和香槟酒
与美国大学不同，德国大学不举办一年一度的授与学位典礼，所以新博士无需准备博士服与博士帽。不过，在博士答辩的庆祝会上，有个象征性的博士帽，那是研究生们和工人们前一天做好的。新博士要在答辩完成之后才看到同事们为他做的博士帽。那是一块平板放在塑料圆筒上，包上黑绸，就像一个博士帽那样。在帽子上摆放着各种小物件，象征着该博士生在攻博期间的经历，如：攻博期间制造设备的模型，研究课题的象形模型，喜爱的运动，爱吃的零食，等等。E16同事们为我做的博士帽
1989年7月我通过博士答辩后，看到同事们为我做的博士帽，博士帽中央放了个小炉子，一旁的模型是许多小球在波浪里跳跃，因为我的攻博课题之一是热电子效应。参与答辩的博士生预先准备了香槟酒，与博士帽一起放在答辩室外的桌子上。等到新科博士完成答辩，出现在走廊上，早已等候多时的同事们纷纷上前，向他祝贺。新博士倒上香槟，挨个向各位同事敬酒，感谢大家在他攻博期间的合作和帮助，场面非常感人。每逢博士答辩的庆祝会，我都照了好多相，记录下那激动人心的时刻。里查德完成答辩后，正在倒香槟酒，准备向同事们敬酒
肖希完成答辩后，向同事们敬酒
我完成答辩后，向同事们敬酒
当新博士找到工作，即将离开E16时，就会举行博士告别宴会，那是比较正式宴会。我与肖希和里查德都在1989年完成论文，我们三人在年底一起合办了博士告别宴会。借用物理系大楼底层的大厨房，从附近的餐馆定一头大大的烤乳猪。我们的告别宴会很热闹，参加者多达60多位。我与肖希和里查德三人合办了博士告别宴会，从餐馆定了一头大烤猪
我的房东太太和朋友们前来参加我们的博士告别宴会
E16的实验室
E16的研究主题是半导体材料中的表面量子束缚效应，即二维电子气（2DEG）的实验研究。这是自1965年以来，半导体学术界的热门课题，研究目的是为了开发更优良的半导体器件，有很大的实用意义。50多年来，这领域里的研究不仅开发了高迁移率晶体管，半导体激光发生器等新型器件，而且还进一步揭示了物理学的基本原理，如量子霍尔效应等。2DEG的实验研究不仅需要高级设备，如超低温，强磁场，激光发射器等等，还要有高质量的材料，如分子束外延生长出来的超晶格材料等。对2DEG的研究竞争剧烈，各大半导体公司如IBM和贝尔实验室，还有著名研究院和大学都参与了研究。E16当然无法与那些财大气粗的大公司或研究院拼设备拼材料。虽然以考赫教授的名望和人脉，能够得到好样品和好课题，但是，最关键的还是要依靠E16师生的智慧以及发扬E16的特长。E16的特长之一就是实力雄厚的技工组，由四位男士和一位姑娘组成，由老工人艾迪带领。艾迪技术精湛，经验丰富，受到E6所有人的敬重。男技工们负责实验室的建设和维修，例如：新实验设备的制造，研究生们样品棒的制作，真空泵的维修，等等。女技工帮助研究生们做些辅助工作，如印刷版的腐蚀，制作测试样品等等。E16的不少实验设备都是技工组按照实验需要而制作的，有效实用，操作简单。1972年考赫教授刚到E16时，就与他的弟子们和技工组一起，搭建成一台巨型的水分子激光发生器。几十年来，研究生们用这台激光器做了好多实验。在E16开展实验，一个很大特点是自由，许多实验设备是E16自己搭建的，或者是按实验室需要而将半成品改装。操作简单，实用有效。即使出了故障，也能及时修复。我测试时的实验设备
找到一张我测试时的实验设备的照片。中间是低温超导大磁体，最高磁场强度可达12特斯拉。右侧测试仪器架的下部是微波电导测试仪，是博士生亚瑟制作的。左前方是我制作的大功率微波发生器。仪器上贴着简单的黄色标签。E16有两个工场间：小工场间在实验室隔壁，里面有简单金属加工的工具，供研究生们做些金属加工。大工场间里的设备更多，车床·钳台·钻台等应有尽有，功能齐备，供制造仪器和维护测试设备的金属加工等所用。E16技工组为每个研究生都特制了各人的样品棒，专门适应各种低温和光学测试。样品棒的外管是长1.5米，直径5cm的不锈钢管，一头密封。里面是细管样品架：一根长1.4米，直径8mm的不锈钢细管，不仅作为样品的支架，还是光学测试的光通道。细管一端是样品架，供安置样品，样品上的各电极通过电缆连接到样品棒的另一端，那里安装着连接样品的电极终端和真空阀。样品必须在真空下进行，每次测试之前，都得将样品棒抽真空。有一位保加利亚的进修学者来E16进修，见惯了在他的国家中工人的偷懒拖拉。他来到E16开展研究工作，得到技工组的很大帮助，深深地被技工组精湛的技术和友好的态度所感动。他再三向艾迪表示感谢。艾迪感到奇怪：“这是我的工作呀，有什么可感谢呢。”保加利亚人回答说：“虽然都是工作，你可以把它做好，也可以马马虎虎地交差。而你们总是把它做得最完美。这真是德国人的工匠精神”。我对保加利亚人的话深有同感，我每次有事找技工组帮忙，总是能得到圆满的解决。我在攻博后期也到其他实验室去做过测试，如斯图加特的马普固体物理研究所和瓦尔特-肖特基研究所。那里的设备高级，是直接从设备公司买来的，功能齐全，但是操作复杂。我在那里做测试，只能请求那里的工作人员在预定的范围里做测试，不允许作多次的探究。所以我尽可能在E16做实验，得到基本方向和概念，然后再到那些实验室里，借用他们的设备做进一步的探索。
低温超导磁体
E16在低温实验方面很有优势。马普的低温制冷厂就在物理系大楼附近，那儿生产的液氦装在液氦罐里，每天送到物理系大楼底层的低温中心。物理系大楼的每个实验室里都安装了氦气回收管道，从液氦罐或磁体里挥发的氦气将顺着管道输回低温制冷厂。在攻博期间，我经常每星期预定100升液氦。下星期去低温中心取液氦。那液氦罐直径达1米，比人还高。我把液氦罐拖到实验室后，得立即把液氦罐上的输气管插上氦气回收管道。研究生们开玩笑说：花这么多钱买液氦，实际上只是把液氦蒸发了一下，绝大部分蒸发的氦气通过回收管道，再回到马普的低温制冷厂。后来我到了美国做博士后，才知道E16这样的超低温实验条件在美国一般大学里根本不存在。E16的实验研究真的很奢侈，考赫教授从来不在乎这些花费。做低温强磁场实验，最花时间的就是把磁体温度从室温降到液氦温度。首先把液氮灌进磁体，把磁体温度从室温降到液氮温度：绝对温度77K（-196摄氏度）。再慢慢地将液氦灌进磁体，将温度进一步降到液氦温度：4.2K。整个降温过程需十多个小时。只有等到温度降到4.2K后，超导磁体才能工作。我做实验期间，每天早上9点前就进实验室开始工作，等到磁体降温到4.2K时，已是下午六点多，然后开始测试，往往到晚上10点多才完成测试。记得一天晚上，我工作结束后，骑自行车沿田间小道回家。月光下，听见农田里不时传来“呀—呀—“声音，很像婴儿的哭声，有些奇怪，不敢停下来，只是加快踩自行车。第二天，和房东太太共进早餐时，说起此事，房东太太说，那是猫头鹰在叫，它们在翻耕后的玉米地里抓田鼠。操作磁体需非常小心，样品棒得先放入液氮罐里预冷，然后再缓缓地将样品棒插入磁体。若操作不当，磁体因温度波动而失去超导性能，称为“失超”。失超时，磁体内的强大电流遇到高电阻，产生的热量导致大量液氦蒸发，严重时还会而引起爆炸。我曾遇见过一次磁体失超。那时我在办公室里，听到一声沉闷的巨响，同事们说，失超了。大伙急忙往实验室跑，只见实验室里雾气腾腾。幸运的是，没发生爆炸，有惊无险。原来是一位博士生操作得太匆忙了。磁体在液氦温度下处于超导状态，电阻几乎为零，通上强电流从而产生超强磁场。博士生亚瑟曾对我说起一件事，那天，他完成了测试，切断电源后，就去松开螺丝，把磁体电缆拉离接头，看见已分离的电缆与接头之间有一股粗大的火光柱。原来磁场具有滞后性能，在电源切断后的一段时间内，磁体里强电流尚未消失，还需流回电源，那股粗大的火光柱就是强电流继续从接头流向电源。如此昂贵而危险的实验，E16的老博士生往往只给新来者演示一次，然后就放手让新来者自己做。其实，事故大都是因操作太匆忙而引起的。我在E16工作时，经常操作超导磁体，所幸在四年半的攻博期间没出事故。这也得益于E16的风气，研究生相处和谐，经常交流各自的工作经历。耳濡目染之下，养成了谨慎细致的工作习惯。2020年10月 纽约上州