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黄昆——中国固体和半导体物理学奠基人之一
来源:贤集网   发布时间:[2018/06/27 11:00:54]

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2001年度国家最高科学技术奖获奖人

黄昆,男,1919年9月出生于北京,1941年毕业于燕京大学物理系。1945年赴英国留学,1948年获英国布里斯托(Bristol)大学哲学博士学位,1949-1951年在英国利物浦大学理论物理系任博士后研究员,1951—1977年在北京大学物理系任教授,1977-1983年任中国科学院半导体研究所所长,1983年至今,任名誉所长。他先后被选为中国科学院学部委员(院士)(1955年),瑞典皇家科学院外籍院士(1980年),第三世界科学院院士(1985年)。1987-1991年曾任中国物理学会理事长。2005年7月6日去世。

黄昆院士是世界著名的物理学家,他对固体物理学作出了许多开拓性的重大贡献。是我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一。他从理论上预言了与晶格中杂质有关的X光漫散射,以后被称为“黄散射”。这个理论在六十年代获实验证实,“黄散射”已发展成为一种能直接研究固体中微观缺陷的有效手段。他的多声子跃迁理论,以“黄一里斯因子”而著称于世。他提出关于描述晶体中光学位移、宏观电场与电极化三者关系的“黄方程”和由此引伸的电磁波与晶格振动的耦合,即后来称为极化元的重要概念。他与M.Born合著的《晶格动力学理论》一书,是一部有世界影响的经典性科学专著。他的理论对信息产业(特别是光电子产业)具有重要的现实指导意义,产生着越来越深远的影响。

半个世纪以来,他不仅对固体物理学做出了重要的贡献。同时,还对高等学校中普通物理、固体物理不口半导体物理的教学做出了十分重要的贡献。

黄昆院士热爱祖国,热爱科技事业。近年来,他与合作者对半导体超晶格的电子态和声子??沽讼低车母挥谐尚У难芯?。为我国科技事业作出重要贡献。超晶格的电子态和声子??沽讼低车母挥谐尚У难芯?。为我国科技事业作出重要贡献。


一代宗师黄昆

黄昆(1919.9.2-2005.7.6),浙江嘉兴人,出生于北京。世界著名物理学家、中国固体和半导体物理学奠基人之一。

1941年(中华民国三十年)毕业于燕京大学,1948年(中华民国三十七年)获英国布里斯托尔大学博士学位,1955年当选为中国科学院院士,1957年加入九三学社,2001年获年度国家最高科学技术奖。

黄昆主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究,提出了稀固溶体的X-光漫散射理论和晶体光学振动的唯象方程,并预见了晶体光学声子和电磁场的耦合振动模式,被称为“黄散射”和“黄方程”,提出并发展了由晶格弛豫引起多声子跃迁理论(包括光跃迁和无辐射跃迁),被称为“”提出了有效解决半导体超晶格光学振动模型,并阐明其光学振动模式的要点,被称为“黄一朱模型”。与玻恩合著的《晶格动力学理论》成为该学科领域的第一部权威专著和标准参考文献。

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黄昆评价自己的研究有两个高峰,其中作出最主要学术贡献的第一个高峰,是在英国留学的6年中完成的。第二个高峰从花甲年开始,进一步完善了“黄——里斯理论”。

第一个高峰在英国留学的6年中完成的

黄昆的一生和诺贝尔奖大师紧密相连,从英国布里斯托大学到爱丁堡大学,再到利物浦大学,从诺贝尔奖获得者莫特教授到玻恩教授

1945年10月,黄昆在英国布里斯托尔大学师从著名的理论物理学家、后来荣获诺贝尔奖的莫特(N.F.Mott)教授,把自己的研究方向选定为固体物理学。几个月后,初出茅庐的黄昆就完成了题为《稀固溶体的X光漫散射》论文,大胆提出了关于杂质和缺陷X光的散射理论模型。20年后,德国科学家在实验室中证实了黄昆的理论预言,国际学术界随即称之为X光“黄散射”。

在完成博士论文后,黄昆受到爱丁堡大学玻恩教授(M.Born)的赏识,被邀合著《晶格动力学》一书。这本专著至今仍是固体物理学领域的权威著作,从1975年至2001年3月,该书的英文版被引用5254次,俄文版被引用376次,平均每年200多次。

除了撰写《晶格动力学》,这段时间黄昆还连续完成了两项开拓性的学术贡献。一项是提出著名的“黄方程”和“声子极化激元”概念,另一项是与后来成为他妻子的里斯(A.Rhys,中文名李爱扶)共同提出的“黄——里斯理论”。他与妻子在1950年合写的这篇论文,至今仍是在这个领域工作的科学家们必引的经典文献。我前不久检索发现,从1975年以来,这篇文章被他人在SCI刊物引用734次,其中1994年以后被引用240次,平均每年20多次

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第二个高峰从花甲开始

1951年底,黄昆坐船取道香港,踏上了回国的路程。虽说留英数年,他带回国的“大件”就是一台打字机,这是为了完成《晶格动力学》书稿所必需的。他应邀到北京大学物理系任教授。因考虑到当时我国百废待兴,急需培养大批物理学人才,作为已是一名享誉世界的青年科学家,黄昆毅然暂时中断已从事多年的研究项目,全身心投入到教学工作中去,开始了自己长达26年之多的教坛生涯。

黄昆在小平同志的关怀下,回到阔别已经26年的科研一线,开始了科研的第二个春天。对于问题的每一个环节,黄昆总是反复推敲。他虽然不赞成用繁琐的数学公式来研究物理问题,但在需要数学推导和计算时,又十分仔细,反复多遍。他不仅自己身体力行,也严格要求中青年科研人员,对他们撰写的论文往往多次修改,以至于密密麻麻的修改意见有时覆盖了原稿。正是这种严谨的精神,使黄昆半个世纪以前的研究成果经受了历史长河的考验,相关论文至今仍被全世界的同行年均引用六至七次。

在近30年的时间,黄昆只发表了一篇原创性的论文,他把它献给了导师玻恩。沉寂近30年后,黄昆又重新活跃起来了,他开始了自己研究生涯中的第二个“黄金时代”。1977年秋天,是黄昆命运的又一个转折点,他在中科院半导体所重新开始了科研工作。三年后,他迎来了学术生涯的第二个高峰——进一步完善了“黄——里斯理论”。

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黄先生和我在1984年以后都开始研究半导体量子阱超晶格物理。为了建立超晶格光学振动的理论,我们整整讨论了两年,不断地争论。1988年,我们发表了后来被国际物理学界称为“黄——朱模型”的理论,多本国外的研究生教材详细介绍了这个理论。

应该说,黄昆选择在他科学研究的黄金时间(当时30岁出头)回国,对他后来在学术上更上一个台阶影响很大。他觉得自己选择回来这条路没有走错,他说回国后全力以赴从事教学工作,在北京大学建立了我国自己的普通物理、固体物理和半导体物理三门课程的教学体系,培养了大批的人,这个远远比个人取得学术上的成就更有意义。


中国半导体史话 | 中国半导体的故事

说起中国半导体,其实我们的起步几乎与美国同步,1956年,我国提出“向科学进军”,提出了中国也要研究半导体把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。中国科学院应用物理所请回国的专家黄昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制造和半导体线路。

下图就是我国固体物理和半导体物理学的一位先驱-黄昆,1955年36岁的黄昆当选为中国科学院学部委员(后称院士).1980年黄昆被选为瑞典皇家科学院院士.1985年黄昆成为刚成立的第三世界科学院首批院士中三位中国人之一,M.Born和黄昆合著"晶格动力学理论"被称为这一领域的圣经。

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黄昆先后在北京蒙养园、北京师大附小、上海光华小学上学。在小学中学时他各门课都学的不好,唯独英语突出,初中阶段便能阅读英文小说。在上海光华小学五年级没读完,黄昆随家搬回北京?;评ゲ灏嗑投劣谘嗑┐笱Ц街谐踔?。他在这里只学习了半年,就转学到通县潞河中学。

黄昆偏科很严重,尤其语文很差,到高中时,经常作文不及格,几乎到了经常无话可写的地步--(这真不是一般的差?。?,不过,1937年,黄昆却通过了潞河中学向燕京大学的保送考试,进入燕京大学,并根据自己的优势和兴趣,选定物理为学习专业??蠢?,牛人在关键时候是不掉链子的?;评チ硗獾钠剖鞘Ш芎?,其伯父鼓励他将课本上的习题全做完,黄昆就这样做了,从此他的数学课一直学得很好,转入到潞河中学后,这习惯不仅仍延续下来,并带动了其它学科的学习,黄昆治学一个重要特点,“从第一原理出发”,其这个好习惯也许就是这样培养出来的。

1937年,黄昆保送进入燕京大学,并根据自己的优势和兴趣选定物理为学习专业。 当时国内量子力学尚为一门新鲜深奥的学问,在三、四年级他便完全通过自学图书馆里仅有的几本有关书籍,初步掌握了量子力学的基础,为以后开始进入科学研究领域创造了有利的条件??杉匝Х浅V匾?。这期间,黄昆有幸遇上了一位刚从剑桥大学毕业不久的英国教师赖普鲁教他的微积分课。赖普鲁不仅是一位讲课十分出色、课后谆谆教导的好老师,而且亲自组织尖子生成立了一个课外研究小组——研究内容包括这位老师自己也不懂而想学的新知识,如相对论、量子力学及矩阵数学等。

抗日战争爆发后,国立燕京大学、国立清华大学和私立南开大学联合组成西南联合大学,一时间,各类人才纷纷聚集云南昆明。1941年,黄昆出色完成了大学学业,并荣获燕大颁发的“金钥匙”最高荣誉奖励。继而,黄昆考取西南联合大学物理系研究生,师从著名物理学家吴大猷。

考上研究生后,黄昆结识了西南联大的另两位才子--张守廉和杨振宁,他们考的是清华大学研究院,张守廉是周培源的学生,杨振宁跟随王竹溪做统计力学论文。当时研究生补助金无法维持基本生活,杨武之(杨振宁的父亲)的朋友徐继祖三个人分享昆华中学一个教员职位,并提供一间住房。

西南联大的三??驮谝黄鸹崤龀鍪裁囱鸹?? 因为大学校园没供应食水,所以他们养成一个习惯,每天晚饭后回昆华中学前,都会到附近三条街上茶馆里喝一两个小时茶且天南地北无所不谈。他们讨论和争辩一切,虽然茶馆人很多但他们三人辩论的声音最大,真是年轻人啊,挥斥方遒!杨振宁在茶馆的辩论中,观察到黄昆是一个公平的辩论者,不会坑害他的对手,不过黄昆有一个趋向,就是喜欢把见解推向极端?;评ピ蛩笛钫衲驼攀亓际翘觳?,张守廉比较怪一点,就叫做张怪,杨振宁是一个最正常的天才。他们三个人在当时都有名气,号称西南联大“三??汀?。

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黄昆、张守廉和杨振宁(1992年6月1日摄于北京大学为周培源先生举行的生日会上)

现在看来,辩论确实是一种非常有助于提升逻辑思维的方法,因为你要快速地从对方的思维和言语中发现逻辑上的漏洞,首先自己就要有清晰的逻辑思维体系。西南联大三??陀惺蔽迩逡桓龈拍疃舻票缏?,杨振宁就回忆说他们曾点蜡烛翻着海森伯的《量子理论的物理原理》来调解辩论。

在整理中国半导体史话时我们看到这样一张照片,这是清华大学物理系1936级毕业留影(后排左起钱三强杨镇邦陈亚伦 杨龙生 谢毓章;前排左起:王大珩 戴中扆(戴黄威) 许孝慰 何泽慧 于光远)那时的少年真是气质逼人啊,今日再看这些旧照,果然是腹有诗书气自华。这都是些令人敬仰的大师级人物啊。

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清华大学物理系1936级毕业留影

1944年黄昆、杨振宁、张守廉西南联大研究生毕业?;评ケ弧案优饪睢绷粲⒐焉既??!案优饪睢绷粲⒐焉窃?930年设立的,第八届“庚子赔款”留英公费生,物理学共有两个名额,洪朝生考取了另一名额。由于洪朝生同时考取清华届留美公费生,所以其名额由梅镇岳递补。

按庚款留英公费生规定,去英国什么学校,选哪位科学家做导师,都可以先由本人提出志愿,再取得接收方的同意。当时,有一位英国教授给联大捐赠了一大批在英国出版的科学书籍?;评ザ哉馀楹芨行巳?,一位名叫莫特的英国科学家引起了他的注意,黄昆感到这位科学家学识非常渊博。

莫特写了三本书:《原子的碰撞理论》、《金属与合金的电子理论》、《离子晶体中的电子过程》?;评ケ缓罅奖臼榈姆岣恍掠蹦谌菟?,决定到布列斯托(Bristol)大学做莫特博士生并被莫特接受。由此决定了他把自己将来的研究方向选定为固体物理学,机遇看似偶然实则必然。

每个人的一生总会遇到一些机遇,机遇或大或小,能不能抓住看一个人的准备,黄昆能进入到一个伟大的新兴领域,正是因为他在燕京大学自学量子力学打下了扎实的基础,而在西南联大有名师指点,优秀同学激励和良好学风共同促成了这个机遇。所以,机遇看似偶然,实则必然。

几个月后黄昆就完成了题为《稀固溶体的X光漫散射》论文,大胆提出了关于杂质和缺陷X光的散射理论模型。20年后德国科学家在实验室中证实了黄昆的预言,国际学术界称之为X光“黄散射”。完成博士论文后,黄昆受到爱丁堡大学玻恩教授(M.Born)的赏识,这又是个诺贝尔奖获得者。

黄昆在写《晶格动力学理论》这本专著时,做了一系列创造性的工作,用严谨的体系和清晰的物理图像总结、发展和完善了这个领域,使该书成为该领域最具权威性的一部专著。几代固体物理学家都通过学习这本专著而了解晶格动力学这个领域。相信国内也有很多人看过这本专著。

黄昆不但在学术上大有成就,在爱情上更是顺风顺水,娶到了一位英国大美女,1948年黄昆获得博士学位后在利物浦大学物理系做研究工作,而刚刚毕业的艾夫·里斯小姐担任系主任秘书并兼黄昆助手,黄昆的才能与敬业吸引了里斯,而里斯的学识、勤奋和温柔美丽也给黄昆留下深刻印象。

1950年,黄昆和里斯合作发表了《F中心的光吸收和非辐射跃迁理论》,得到国际同行的高度评价,被称为“黄——里斯理论”。他们的爱情也开花结果,1951年黄昆回国,1952年是里斯的“本命年”,24岁的里斯放弃了在英国的学业和工作,独自一人来到天津与黄昆团圆,并取名李爱扶。

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到中国4年后的1956年,李爱扶被批准取得了中国国籍,1959年起,在北京大学物理系参加工作,任电子学工程师。她勤勤恳恳地工作,认认真真地做事, 为北大物理系实验室的建设作出了积极的贡献。出于对她由衷的尊敬,黄老的学生们都尊称她为“李先生”。

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黄昆领导建设了北京大学固体物理教研室和半导体物理教研室,经过多年的反复实践,从无到有逐渐形成系统的专业物理课程。他桃李满天下,亲自指导培养的一批学生、研究生和助手已茁壮成长,从事“两弹一星”研究的许多科技人员都从这里走出,或者曾经聆听过他的授课。

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1977年黄昆调任中国科学院半导体研究所所长。以他为学术带头人,半导体研究所成立了半导体超晶格国家重点实验室,2002年为表彰其在固体物理学领域的杰出成就,国家授予他2001年度国家最高科技奖。

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2005年7月6日黄老在北京病逝,享年86岁。

2010年7月26日国际小行星中心发布公报,将第48636号小行星永久命名为“黄昆星”。

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