導(dǎo)讀：

黃昆（1919-2005，浙江嘉興人）是世界著名的物理學(xué)家，在固體物理研究領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。作為中國固體物理學(xué)及半導(dǎo)體物理學(xué)的奠基人，他參加制定了新中國第一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃，為重點發(fā)展中國半導(dǎo)體物理提出了具體規(guī)劃及措施建議。此后，他為推動建設(shè)中國固體物理和半導(dǎo)體物理學(xué)科作了大量的工作，對于專業(yè)人才培養(yǎng)、研究機構(gòu)建設(shè)、學(xué)術(shù)傳統(tǒng)形成，乃至該學(xué)科的整體發(fā)展等都產(chǎn)生了廣泛而深遠的影響。

1947年，在美國從事實驗研究楊振寧工作頗為不順，甚至被人調(diào)侃“哪里有了楊，哪兒就會噼啪響。”在給友人的信中，他認為自己頗為幻滅（disillusionment）。幾個月后，友人回信：我理解你的幻滅，你的煩惱不也正是我的煩惱。同時激勵楊振寧將注意力放在自身之外，一起獻身科學(xué)事業(yè)。這位好友不是別人，正是著名物理學(xué)家黃昆。

壹

求學(xué)之路

1937年，黃昆進入燕京大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。當(dāng)時，現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱理論——相對論和量子力學(xué)方興未艾，黃昆便在英籍教師賴普魯組織課外研究活動的引導(dǎo)下，對這些前沿理論產(chǎn)生了濃厚的興趣，并通過自學(xué)掌握了一些量子力學(xué)知識，甚至撰寫了題為《海森伯和薛定諤量子力學(xué)理論的等價性》的畢業(yè)論文。在黃昆看來，這一工作雖然“沒有自己的創(chuàng)見”但是也增強了自己對這一理論發(fā)展過程的參與感。

黃昆1941年北京燕京大學(xué)畢業(yè)時留影

1941年黃昆從燕京大學(xué)畢業(yè)后，被推薦到西南聯(lián)合大學(xué)擔(dān)任助教；次年又考取該校理論物理研究生，師從吳大猷先生從事光譜研究。在這里，黃昆還遇到了兩位好友——楊振寧和張守廉，組成了“三劍客”。他們?nèi)硕紭O有物理天賦，每天形影不離地討論問題。對于這一段經(jīng)歷，黃昆頗有感觸：

他們兩位都是天賦極高、聰明過人，課堂上一些我認為非常艱深的理論，很快就能輕松地掌握。所以在日常交談中，這些知識成了我們隨時討論的課題。對科學(xué)的追求，在他倆身上隨時隨地都有體現(xiàn)。因而與他倆的交往甚密，我也受到了感染。

而這種喜歡與人討論物理問題的習(xí)慣，黃昆一直保持到晚年。最終，在良師益友的影響下，黃昆也認定自己要追求科學(xué)事業(yè)，并在固體物理方面打下了扎實的研究基礎(chǔ)。攻讀研究生期間，黃昆共完成了3篇論文，于1944年完成了題為《日冕光譜線的激起》的學(xué)位論文，獲得碩士學(xué)位。

1992年，三劍客重逢，楊振寧（右），張守廉（中）和黃昆（左）

1944年8月，黃昆考取了“庚子賠款”留英公費生資格。當(dāng)時庚款留英公費生章程規(guī)定，對于就讀學(xué)校和導(dǎo)師，學(xué)生可以自主填報志愿。此時的黃昆對于自身的條件與興趣已經(jīng)有了充分的認識，翌年10月，他決定赴英國布里斯托爾大學(xué)留學(xué)，由此成為固體物理學(xué)家莫特（N.F.Mott）[1]在二戰(zhàn)后招收的第一名博士生。

在讀期間，黃昆不僅又完成了3篇論文，還將自己在西南聯(lián)大時的有關(guān)鋰原子能態(tài)的研究成果于1946年發(fā)表在Physics Review上，這是當(dāng)時的物理學(xué)頂刊。而當(dāng)時的楊振寧還是一個實驗室爆炸的制造者。因此，我們可以相信，楊振寧當(dāng)時的幻滅感，可能有一部分就來自于自己這位“卷王朋友”。不過對于黃昆而言，自己當(dāng)時的日子也算不上“好過”。在給楊振寧的回信中，他感嘆自己做研究多一半的時間也是在做慣常之事，但是同樣激勵自己與楊振寧：“中國有我們和沒有我們，makes a difference”。

黃昆與楊振寧保持了長年的友誼

這種信念感在黃昆選擇研究方向時便已經(jīng)顯現(xiàn)。黃昆出國留學(xué)是有目的、有方向性的。當(dāng)時，固體物理學(xué)是剛剛興起的物理學(xué)分支學(xué)科，這一學(xué)科后來奠定了以半導(dǎo)體技術(shù)、微波技術(shù)、激光技術(shù)等為代表的現(xiàn)代技術(shù)的理論基礎(chǔ)。黃昆師從國際著名的固體物理學(xué)家莫特學(xué)習(xí)，得以在學(xué)科發(fā)展初期即進入了前沿領(lǐng)域；加之自身具備良好的理論功底，且善于鉆研，他很快在固體物理研究領(lǐng)域嶄露頭角，并取得了一系列重要的研究成果，因此提前完成了博士論文工作。

黃昆（前排左二）在在英國利物浦大學(xué)做博士后時與同事們合影，后與李愛扶（前排右一）結(jié)婚

博士畢業(yè)后，為進一步學(xué)習(xí)深造，黃昆選擇留在英國進行訪學(xué)和博士后研究。1947-1951年間，他在愛丁堡大學(xué)跟隨著名物理學(xué)大師玻恩（M. Born）進行了為期半年的訪問研究，其后又在利物浦大學(xué)理論物理系任博士后研究員。1951年10月，黃昆啟程回國。

貳

固體物理大師

黃昆在固體物理研究方面取得了幾項具有開創(chuàng)性意義的研究成果，具體包括以其名字命名的4項研究成果：“黃漫散射”“黃方程”“黃-里斯理論”“黃-朱方程”，以及和玻恩合作撰寫的《晶格動力學(xué)理論》經(jīng)典著作。其中除“黃-朱方程”外，其余幾項研究成果均源自于英國留學(xué)期間的研究工作。

理論研究表明，X射線入射到固體材料當(dāng)中會出現(xiàn)X射線散射現(xiàn)象，但是實際材料往往會偏離嚴格的周期排列。1946年，在布里斯托爾大學(xué)的黃昆對稀固溶體的X光漫散射進行了研究，認為是固溶原子引起的長程彈性畸變（晶體缺陷）會導(dǎo)致X射線發(fā)生漫散射。除此之外，黃昆還采取了一種簡化模型，給出了相關(guān)公式。黃昆關(guān)于稀固溶體的X光漫散射的預(yù)言，后來由德國科學(xué)家派斯?fàn)枺℉.Peisl）等人在實驗中證實，被物理學(xué)界稱作“黃漫散射”，現(xiàn)已成為研究晶體微缺陷的有效手段。

黃昆與H.PeisI在討論

在黃昆諸多成就中，最為出名的便是與玻恩合作的《晶格動力學(xué)理論》。身為量子力學(xué)與晶格動力學(xué)兩個領(lǐng)域的開創(chuàng)者，玻恩早就計劃在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上重新闡述晶格動力學(xué)，并在二戰(zhàn)中已經(jīng)撰寫了若干章節(jié)。但是戰(zhàn)后他工作繁忙且年事已高，這本書就被擱置起來。1947年，玻恩發(fā)現(xiàn)到愛丁堡訪學(xué)的黃昆格外熟悉這門學(xué)科，還有著深刻的見解，便給他看了手稿，并建議黃昆一起完成這部著作。

從1948年開始，黃昆有一半的時間都花在這本書上，等到1951年10月他啟程回國時，書稿已經(jīng)基本完成。1954年，此書終得出版。玻恩對黃昆所做的工作給予了高度評價，不僅在《晶格動力學(xué)理論》的序言中指出，這部著作對自己原來的講稿“在很多方面使之更普遍化，并增加了新的章節(jié)，”甚至在與好友愛因斯坦的通信中表示，部分內(nèi)容超出了自己所理解的范圍。直至1973年，國際晶格動力學(xué)大師柯克蘭（W.Cochran）仍然認為該書“是關(guān)于這個學(xué)科許多方面的權(quán)威著作”

1954年牛津出版社出版的《晶格動力學(xué)理論》及北京大學(xué)出版社出版的中譯本

除了撰寫一本經(jīng)典的著作外，黃昆另外的時間還做出了科研生涯最具影響力的幾項研究成果。其中包括對于離子晶體（又稱極性晶體）的光學(xué)振動問題的研究，這一問題的解決方法后來被稱為“黃方程”。黃昆還進一步將黃方程與麥克斯韋方程相結(jié)合，用于分析雙原子極性晶體，從而發(fā)現(xiàn)電磁模（光子）與橫光學(xué)聲子模互相耦合而形成新的“耦合振動模”——聲子極化激元，這在物理學(xué)上是一個非常重要的新觀念。此外，黃昆與艾扶·里斯（Avril Rhys）合作完成“黃-里斯理論”，從而奠定了固體中束縛在雜質(zhì)和缺陷上局域電子態(tài)躍遷理論的基礎(chǔ)。

黃昆與夫人李愛扶（Avril Rhys）

“黃-朱模型”是黃昆在半導(dǎo)體物理領(lǐng)域的重要成就。1970年代，隨著半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)研究的興起，科學(xué)家們開始關(guān)注晶體內(nèi)部準(zhǔn)二維量子結(jié)構(gòu)中的聲子模式及其影響。在短周期超晶格拉曼散射實驗中，德國卡多納（M.Cardona）研究組發(fā)現(xiàn)，實際類體模的對稱性與理論預(yù)言結(jié)果相反。針對這一現(xiàn)象，黃昆與朱邦芬提出了一種解釋，既解決了原有模型理論與超晶格拉曼散射實驗結(jié)果之間的矛盾，也澄清了傳統(tǒng)理論與實驗結(jié)果出現(xiàn)矛盾的原因。這一微觀模型現(xiàn)已作為該研究領(lǐng)域必讀文獻列入國內(nèi)外許多學(xué)術(shù)專著、教材中，被學(xué)界稱作“黃-朱模型”。

黃昆為什么從固體物理領(lǐng)域轉(zhuǎn)入半導(dǎo)體物理呢？這與他回國之后的選擇頗有關(guān)系。

叁

中國半導(dǎo)體物理之父

1951年，黃昆收到了恩師饒毓泰的來信，邀請他到北京大學(xué)物理系任教授一職，他拋下在英國的一切，轉(zhuǎn)道香港回國。回國之初，為培養(yǎng)固體物理人才，黃昆就為北京大學(xué)物理系首次開設(shè)固體物理課程，創(chuàng)辦固體物理專門化（專業(yè)），2年后率先設(shè)立了半導(dǎo)體物理方向，并選拔了10名四年級學(xué)生學(xué)習(xí)半導(dǎo)體方面的課程，從而使北京大學(xué)成為中國最早培養(yǎng)半導(dǎo)體專門人才的單位。

1951年在北京大學(xué)的黃昆

根據(jù)1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要，高等教育部于1956年采取了一項緊急措施：由北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)與東北人民大學(xué)五所高校聯(lián)合，在原北大固體物理專門化半導(dǎo)體專門組的基礎(chǔ)上，開辦全國第一個“半導(dǎo)體專門化”，選派一批物理系高年級學(xué)生集中接受半導(dǎo)體專業(yè)教育，同時組織選調(diào)出相關(guān)教師赴北京大學(xué)聯(lián)合成立半導(dǎo)體教研室，由黃昆擔(dān)任教研室主任，復(fù)旦大學(xué)謝希德任副主任。

在培訓(xùn)班上，黃昆親自主講固體物理，并與謝希德合作講授半導(dǎo)體物理課程。另外，他還邀請了蘇聯(lián)專家A.B.桑杜洛娃指導(dǎo)半導(dǎo)體實驗室建設(shè)，并為教師開設(shè)了半導(dǎo)體工藝課程。培訓(xùn)班先后培養(yǎng)了241名畢業(yè)生，另有20名來自清華大學(xué)和南開大學(xué)的旁聽生。這是中國半導(dǎo)體物理學(xué)科發(fā)展史上的一件大事。他們?yōu)榘l(fā)展中國半導(dǎo)體事業(yè)迅速培養(yǎng)的一大批專門人才，后來成為中國半導(dǎo)體專業(yè)教學(xué)與科研工作的骨干力量。

黃昆與謝希德

1977年，因時任中共中央副主席、國務(wù)院副總理鄧小平的兩次親自點將，黃昆調(diào)任中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所所長，后來又長期擔(dān)任研究所名譽所長。這一時期，黃昆的研究工作迎來了第二個高峰期，同時他為推動半導(dǎo)體物理研究基地建設(shè)做出了重要貢獻。

擔(dān)任半導(dǎo)體所所長之后，黃昆立即組建了物理研究室，并推動了研究所開展半導(dǎo)體超晶格和微結(jié)構(gòu)物理研究。他首先將研究所有關(guān)人員進行了整合，調(diào)來了自己的研究生夏建白、顧宗權(quán)，并吸收了一批1976年之后畢業(yè)的研究生，組成了半導(dǎo)體理論組和實驗組。他還將分子束外延設(shè)備研制組也合并到物理室。黃昆后來強調(diào)：“在我到所后，全國對基礎(chǔ)研究有了統(tǒng)一認識，著力把半導(dǎo)體物理研究開展起來，就成了我所責(zé)無旁貸的任務(wù)。”

1987年黃昆在北京中科院半導(dǎo)體所作學(xué)術(shù)報告

為提高研究人員的理論水平，從1978年初開始，黃昆每星期都抽出半天時間給全所科研人員講授半導(dǎo)體物理的理論基礎(chǔ)，前后共講了10個月。同時，并且積極安排與來訪的國外學(xué)者進行學(xué)術(shù)交流，選送和推薦科研人員到國外研究機構(gòu)學(xué)習(xí)。通過加強學(xué)術(shù)交流，一批年輕的科技人員既了解到國外半導(dǎo)體物理研究的最新進展，也建立起廣泛的國際合作關(guān)系。

黃昆認為既然身在研究所，自己就必須在科研第一線工作。1983年，退居二線的黃昆把自己的精力集中到了半導(dǎo)體超晶格的物理問題上來，他與合作者對半導(dǎo)體超晶格的電子態(tài)和聲子模開展了系統(tǒng)而富有成效的研究，“黃-朱”模型便是其中的杰出成果。

20世紀80年代末，基于在半導(dǎo)體超晶格和微結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域建立的研究基礎(chǔ)，以及該研究領(lǐng)域工作的重要意義，黃昆向國家計劃經(jīng)濟委員會提出了籌建半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室的建議。1991年，半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室順利通過了專家組的評定和驗收。

黃昆在半導(dǎo)體研究所辦公室里工作。黃昆不喜歡一人單獨一間辦公室，照片的最右邊可見半塊“小黑板”，這是黃昆討論問題必不可少的“辦公用品”。

肆

獨特的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)

在長期的教學(xué)和科研工作中，黃昆帶出了一支優(yōu)秀的半導(dǎo)體物理專業(yè)隊伍。這支隊伍在科研方向、研究方法受到黃昆的深厚影響，頗具特色。

20世紀80年代，黃昆認為，雖然中國建立了發(fā)展半導(dǎo)體技術(shù)的工作基礎(chǔ)，但因基礎(chǔ)研究長期得不到重視，缺乏自主創(chuàng)新能力，與國際先進水平存在很大差距。擔(dān)任半導(dǎo)體所所長后，黃昆開始推動將半導(dǎo)體超晶格物理確定為半導(dǎo)體所開展基礎(chǔ)研究的重點研究方向，并很快取得了研究進展。20世紀80年代末，就有國際專家指出，“量子阱物理研究領(lǐng)域，國內(nèi)有非常顯著的成就，尤其是半導(dǎo)體所，在這方面的物理班子又頗具規(guī)模，不亞于任何其它一處”。

1995年底，黃昆向半導(dǎo)體所的研究生談自己的做人之道與治學(xué)之道

此外，黃昆還推動建設(shè)了半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室，他的兩代弟子相繼成為研究骨干，實驗室引進了一批國內(nèi)外杰出人才，先后完成了一批高質(zhì)量的研究成果，在國際學(xué)術(shù)界享有一定的聲譽。其中，鄭厚植和朱邦芬被授予“國家有突出貢獻的中青年專家”稱號，夏建白被評為中科院有突出貢獻的中青年專家，有10余名研究人員獲得政府特殊津貼，鄭厚植、夏建白、朱邦芬、李樹深、常凱先后當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。

1989年，在祝賀黃昆70壽辰的晚宴上。左起，朱邦芬，秦國剛，鄭厚植，甘子釗，李愛扶，黃昆，韓汝琦，鐘戰(zhàn)天

在研究方法上，黃昆善于提出簡化模型來解決復(fù)雜的物理問題。他深受導(dǎo)師莫特影響，十分重視培養(yǎng)自己建立和運用物理模型解決物理問題的能力。在黃昆的印象中，盡管莫特“有深厚的數(shù)學(xué)理論修養(yǎng)，但最善于抓住問題的物理實質(zhì)提出形象的模型，以最簡單的數(shù)學(xué)獲得結(jié)果。”黃昆的幾項重要研究，也都是能夠抓住問題的本質(zhì)，提出正確的物理模型，從而取得成功的。另外，黃昆回國后在教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生科研活動中，也特別強調(diào)運用簡化模型方法解決問題的重要性。這種方法解決問題對其學(xué)生及合作者產(chǎn)生深刻影響。恰當(dāng)運用簡化模型方法，朱邦芬、夏建白、常凱三位院士做出了出色的成績。

黃昆獲得2001 年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎

黃昆還認為，基礎(chǔ)理論是技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，從學(xué)生時代開始，黃昆就特別重視基礎(chǔ)理論的研究。黃昆調(diào)任中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所所長期間，竭力推動半導(dǎo)體物理方面的基礎(chǔ)研究；親自組建半導(dǎo)體理論組和實驗組，舉辦培訓(xùn)班，講授現(xiàn)代半導(dǎo)體物理知識。改革開放以后，他所組建的物理研究室確立了以半導(dǎo)體超晶格作為主要研究方向，并逐步深入發(fā)展到量子阱、量子線、量子點等低維半導(dǎo)體物理研究領(lǐng)域，取得了多項具有國際影響的科研成果。在黃昆的影響下，他的學(xué)生和合作者已逐步成長為中國從事固體物理和半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)研究的主要力量。

2002年黃昆與鄭厚植院士（左一）、夏建白院士（右一）在討論

此外，黃昆嚴謹務(wù)實的科研作風(fēng)也影響到了后進之輩。黃昆指出，科研活動的目的就是要解決科學(xué)問題，無論理論研究還是實驗研究，都要把大量時間用在解決細節(jié)問題上，許多思想是靠解決細節(jié)問題而慢慢成熟起來的。他一生發(fā)表文章數(shù)量并不多，但對固體物理學(xué)的發(fā)展卻產(chǎn)生了重要影響。黃昆要求自己的學(xué)生不要在乎發(fā)表論文的數(shù)量，“可發(fā)可不發(fā)的文章不要發(fā)”，更不能通過拼湊文章來增加數(shù)量，要注重真正解決物理問題。”

對于黃昆而言，其在英國時已經(jīng)成為一名成績斐然的固體物理學(xué)家。為了發(fā)展新中國的科學(xué)事業(yè)，他毅然選擇回國工作。受國內(nèi)科研環(huán)境的影響，他在其后30余年幾乎中斷了自己已經(jīng)取得重要成就的固體物理研究工作，將全部精力用于培養(yǎng)中國的固體物理、半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)專門人才。有人不免生出了黃昆應(yīng)有更大成就的想法，對此黃昆卻說道：

我1951年回國，立即赴北京大學(xué)任教。這時，新中國剛剛成立，國家把培養(yǎng)人才的工作放在了極為重要的地位，學(xué)校對教學(xué)工作提得很重，我全身心地投入到了教學(xué)工作。從33歲到59歲，都是致力于教學(xué)工作。近些年來，新聞媒體的人士多次問我‘你沒把研究工作長期搞下來，是不是一個很大的損失？’我是一直沒有同意這一看法的。因為回國后全力以赴搞教學(xué)工作，是客觀形勢發(fā)展的需要，是個服從國家大局的問題。這也并非我事業(yè)上的犧牲，因為搞教學(xué)工作并沒有影響我聰明才智，而是從另一方面增長了才干，實現(xiàn)自身價值。

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號“墨子沙龍”、“返樸”

來源：汪志榮，丁兆君。科技導(dǎo)報2019，37（17）。

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