固体物理和半导体物理学的一位先驱黄昆(精)
黄昆
黄昆中科院院士黄昆(1919.9.2-2005.7.6)固体物理、半导体物理学家。
浙江嘉兴人,生于北京。
1941年毕业于燕京大学。
1948年获英国布里斯托黄昆尔大学博士学位。
1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)。
1980年当选为瑞典皇家科学院外籍院士。
1985年当选为第三世界科学院院士。
中国科学院半导体研究所研究员、名誉所长。
是国际著名的中国物理学家、教育家、中国固体物理学先驱、中国半导体技术奠基人。
主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究并取得多项国际水平的成果,是中国半导体物理学研究的开创者之一。
50 年代与合作者首先提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论即“黄-佩卡尔理论”;首先提出晶体中声子与电磁波的耦合振动模式及有关的基本方程(被誉为黄方程)。
40年代首次提出固体中杂质缺陷导致 X光漫散射的理论(被誉为黄散射)。
证明了无辐射跃迁绝热近似和静态耦合理论的等价性,澄清了这方面的一些根本性问题。
获2001年度国家最高科学技术奖。
人物介绍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,黄昆的第一个“黄金时代”到来了。
物理学大师玻恩是量子力学的创始人,也是晶体原子运动系统理论的开创者,早在第二次世界大战期间,玻恩就打算从量子学青年黄昆最一般原理出发,写一部关于晶格动力学的专著,但战后因忙于他事且年事已高,此事一度搁置。
1947年5月中旬,黄昆来到了爱丁堡大学玻恩教授处短期工作,工作中玻恩发现黄昆熟悉这门学科,且有深邃见解,便将完成用量子力学阐述晶格动力学理论的《晶格动力学》专著的重任交给了黄昆,同时交给他的还有玻恩的一些残缺不全的旧手稿……黄昆从1948年开始,在4年时间内不仅以严谨的论述和非常清晰的物理图像对这个固体物理学中的最基本领域进行了系统的总结,而且还以一系列创造性的工作发展和完善了这个领域。
“有一段时间,我同玻恩教授还发生了争论……”谁也没想到,黄昆当初写进的内容在1960年激光发现以后,一一被实验证实。
固体物理和半导体物理学的一位先驱 黄昆
黄昆先生的另一项工作,即与晶格弛豫相联系的多声子光跃迁 以及无辐射跃迁理论,同样是固体理论中一座光辉的里程碑。这项 工作涉及对局域态电子与声子相互作用的处理,而常规处理方法是不 适用的.黄昆和后来成为他夫人的RHYS一起,成功地用一个简单优美 的方法解决了困难,解释了实验的结果.多声子光谱理论,经过国际上 几位科学家的补充,已经成为光谱学中不可或缺的成熟的理论和分析 工具。而这篇文章中的无辐射跃迁理论,经过一段曲折的发展,特 别是黄昆本人在1970年代末和80年代初的进一步澄清,不仅在半导 体物理领域,而且在激光技术、发光材料物理、以至于化学反应动 力学的微观机制等诸多领域,发挥着重要的作用。而从纯理论的角 度来看,多声子跃迁理论是与场论中多年后才提出的动力学对称破缺
黄昆是老相识.他曾提出检测另一种激化激元-激子激化激元的方案 和相应的理论,后来由一个曾做他博士后的科学家实现了这个实验验 证。他也热心从事美中友好往来.在八十年代初,李政道创立的 CUSPEA考试给大批有志于物理学研究的年轻中国学生提供了赴美 留学的机会。而为了给已经在物理学研究中取得了相当成绩的中年 科学工作者也提供赴美深造的机会,中国和美国的物理学会准备建 立一个合作研究计划。 Birman非常热心于这项工作,后来充任这一 计划的美方委员会主席。大约在1983年,美国物理学会会长Marshak 和Birman来华讨论有关事宜。中方参与谈判的有当时的科学院院长 周光召以及黄昆等人。谈判进行得很顺利。然而在即将签署会谈的 备忘录时,却为一个词争论不下,美方的方案中说参加计划的中国 学者回国后将会在中国的物理学研究中起“leading role”,而中方 不同意这个词,美国人觉得这个词没什么,而黄昆坚持要改,双方 争论了很久,最后美方同意把“leading”改为“important”。大 约是出于对于中方这样的坚持不理解,Birman又提出一个问题:准 备好要签字的文本只有中文文本而没有英文。最后Marshak说,周 教授和黄教授都是我们的老朋友了,文本是不会有问题的。于是
黄昆简介_黄昆的资料介绍、故事传奇
黄昆黄昆.固体物理学泰斗从“黄散射”到“黄方程”,从“黄—里斯因子”、“玻恩和黄”到“黄—朱模型”,他在固体物理学发展史上建树了一座座丰碑。
“玻恩和黄”(born and huang),是诺贝尔奖获得者德国物理学家马克斯·玻恩和中国物理学家黄昆合著的《晶格动力理论》一书的简称,在固体物理学界尽人皆知。
40多年来,这本著作被世界各地的物理学研究者推崇备至,奉若“”一般。
而黄昆于1951年在北京完成这部经典之作时,才刚满32岁,可谓大器早成。
黄昆1919年出生于北京。
在燕京大学物理系完成大学学业,1942年以优异的成绩考入昆明西南联大,师从中国现代物理学奠基人之一吴大猷教授,并得到了许多名师的教导。
他像当时一大群有志青年一样,在困苦的生活环境中探求救国强民之道,孜孜不倦地追索科学的真谛。
1945年,黄昆赴英国布列斯托大学深造。
他的导师,固体物理学大师、诺贝尔奖获得者莫特爵士的治学风格对黄昆产生了重大影响,使他形成了专注于具体问题的严谨学风。
日后,这种治学风格又“散射”给他一代又一代的弟子。
黄昆到英国后写的第一篇论文是《稀固溶体的x光漫散射》,他从理论上预言了与晶体中杂质相关的x光漫散射,并在六十年代获得了实验证实。
这一理论成为研究固体中杂质状态的有力手段,被国际上称为“黄散射”。
1948年1月,年仅28岁的黄昆获得博士学位证书。
此后,黄昆在英国利物浦大学进行三年的博士后研究,在那里完成了三项他自认为毕生最有影响的科学工作,这三项工作的成果后来都以他的名字命名。
他的研究,对推动固体物理的发展起了重要作用。
其中一项工作是由黄昆和他的研究助手、以后的夫人艾夫·里斯合作拓展的多声子跃迁理论,以“黄—里斯因子”而著称于世。
在利物浦大学工作期间,黄昆的和敏锐,深深地吸引了里斯,而她对专业知识的精通、工作的勤恳以及她的美丽温柔也给黄昆留下难以磨灭的印象。
1950年,他们共同署名发表了《f中心的光吸收和非辐射跃迁理论》,这一开拓性的科研成果,得到国际同行的高度评价,被称为“黄—里斯理论”。
黄昆的创新思想与科学贡献
黄昆的创新思想与科学贡献厚宇德;马青青【摘要】黄昆是我国著名物理学家,也是国际著名物理学家.他的学术生涯不同凡响,值得学界研究,值得物理界年轻学人借鉴;他的科学创新方法以及严谨的科学态度值得深入系统研究、学习;他的科学贡献,尤其对于新中国物理界的突出奉献,应写入中国物理学史册.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】5页(P45-49)【关键词】黄昆;莫特;马克斯·玻恩;品格动力学理论【作者】厚宇德;马青青【作者单位】山西大学科学技术史研究所,山西太原030006;河北大学历史学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】O4-09黄昆是著名物理学家、物理教育家、中国科学院院士、中国固体物理学和半导体物理学重要奠基人之一、声子物理学奠基人.黄昆祖籍浙江嘉兴,1919年9月出生于北京.1941年毕业于燕京大学物理系,同年到昆明西南联合大学物理系任教,1944在吴大猷教授指导下获得北京大学硕士学位.1945年赴英,获布里斯托大学博士学位,导师是尼维尔·莫特.此后在英国利物浦大学开展博士后研究工作,同时与爱丁堡大学著名物理学家玻恩合著《晶格动力学理论》一书.1951年黄昆回国任北京大学物理系教授,曾担任北京大学物理系副主任.1955年当选新中国第一批科学院院士,1977年任中国科学院半导体研究所所长.1985年受聘为中国科学院数学物理学部学部委员,1980年被瑞典皇家科学院聘为外国院士,1985年被选为第三世界科学院院士,1987年出任中国物理学会理事长. 2001年黄昆获得国家最高科学技术奖,2005年黄昆逝世于北京.对于黄昆在国内接受物理教育情况,冯端院士有过扼要而准确的概括:“他的物理学素养植根于我国本土.他在燕京大学物理系读书时,就开始专研量子力学”;在西南联大读研阶段,“良师(他的导师是吴大猷教授)的教导和益友(他和杨振宁、张守廉等过从甚密)的切磋也起到了非常关键的作用.但是归根到底还有赖于黄先生自己对科学具有忘我追求的精神.”[1]黄昆不认为自己天赋出众,但是承认自己较早就具有了很好的自学能力.他回忆说,当年因为燕京大学物理系开设的课程较少,黄昆在三四年级时自学初步掌握了量子力学基础,这对他后期有重要影响:“在当时国内量子力学尚被视为一门新鲜深奥的学问时,这还是比较难得的,对我以后开始进入科学研究领域创造了有利条件.”[2] 不难想象当年的黄昆对物理学还是有特别兴趣的,如果一个大学生自己对于物理学没有足够的兴趣,他难以完全靠自学扎实地掌握量子力学基础.环境对于一个人的成长的作用不能忽视.大学本科毕业后,黄昆先在西南联大做助教,后读研究生.期间他结识了杨振宁和张守廉,三人交往甚密,黄昆从中收获良多.联大的导师堪称名家荟萃,吴大猷教授是黄昆授业恩师,对黄昆后来的成长功不可没,这一时期黄昆更深入地掌握了量子力学理论,为此后出国从事固体物理研究奠定了坚实的基础[2].通过自学、学友的影响以及导师的指导,黄昆在出国前已经打下了非常坚实的物理与数学基础.这使得他到英国留学时,在来自各国的留学生中出类拔萃.朱邦芬院士是黄昆任半导体研究所所长后的合作者,他说:“黄昆觉得,虽然自己名义上是硕士研究生去念博士,但其实际水准,特别是在量子力学方面,已远远超越了他的英国同学,达到了博士后研究员的水平,因而黄昆能够在很短的时间内完成博士论文,并完全能够独立自主地开展研究工作.”[3]那么这是不是意味着几年的英国留学生涯,对于黄昆而言,就不那么重要了呢?当然不是.来到英国,在莫特研究团队中、在与玻恩的合作中,黄昆置身世界固体物理研究之前沿,开阔的视野与专心研究的氛围培养了黄昆科学研究的敏锐嗅觉、独特的科研风格和严谨的工作作风,使他在物理世界快速健康成长,相继取得系列重要成果.黄昆在英国留学期间,莫特是对黄昆影响最大的.对于莫特给过他什么难忘的影响这一问题,黄昆回答说:“他并没什么‘教诲’,而是他善于捉住问题的实质,采用简单中肯的物理模型,解决问题的风格给人以深刻影响.”[4]深入研究黄昆的科学著述会发现,他概述的莫特的研究风格,基本上也是黄昆本人的风格.而这当然是他自觉向导师学习的结果.莫特对于黄昆最直接的第一个影响,是给了黄昆两个研究选题,让黄昆选择一个做博士论文,黄昆由此开始了自己在国外的研究工作:“刚开始,他向我建议了两个论文题目,一个是小角晶粒间界能量的理论计算,另一个是缺陷对晶体固态X射线反射的效应. 由于我所学的物理学基础课程十分侧重于系统性理论,对于解决晶粒边界问题我不知道如何下手,因而我就选择了关于X射线的题目.”[5] 黄昆很好地融于莫特的研究团队,如鱼得水般迅速成长起来.1947年在写给杨振宁的一封信中,虽然黄昆言辞谦虚,但这封信还是很好地展示了莫特营造的学术氛围,给黄昆的积极影响,他在其中得到锻炼、受到启发、以及得心应手解决问题等方方面面[6].莫特周围良好的研究氛围使天赋高、基础扎实的黄昆得到了最适合的营养,他茁壮成长起来.从这封信里还可以看出,导师莫特除了自己的科学研究,不倦地为各种科学组织事务性而勤劳做贡献的态度,对于黄昆也影响颇大.黄昆60岁以后出山,主持中科院半导体研究所时的一些工作方式,与他所描绘的导师莫特当年忘我工作的影子,十分神似.莫特对于黄昆的第三方面影响,来自于黄昆当年主动研读莫特的著述,从中深刻领悟和学习莫特的科学研究方法与思想.如在阅读莫特的论文时,莫特用Thomas-Fermi方法对多价溶质原子电荷屏蔽的处理,其简洁实用给黄昆留下了深刻印象.黄昆将这种方法用于自己的研究之中,得出了有意义的研究结论.莫特的研究风格对于黄昆影响之深刻,还可以从另外一个角度看出:除了前文他提到莫特风格给他深刻印象外,他还在其他场合多次或更详细或更简洁地提到这一点.黄昆曾说:“导师莫特的治学风格,对我产生了很大的影响,跟他认识和接触以后,使我进一步认识到,从对科学的追求到真正进入科研领域,是通过对一个又一个具体的科学问题的解决逐步发展的.……我觉得这一习惯对我影响较深,其好处是,科研工作需要你集中全部精力来解决你所面临的问题.”[2]2009年甘子钊院士在怀念黄昆的文章中指出:“黄昆科学工作的一个特色就是他善于从一个具体的物理问题入手,探索很基础的物理问题. 当年他从处理立方的二原子极性晶体的晶格光学振动模式的问题入手,从阐明宏观电磁场和晶格光学振动的相互作用的角度,引出了极化激元这样一个带有基础性的概念的重要问题,开辟了前面简略叙述到的、范围很宽的物理领域. 而且这不仅仅是物理学上很有魅力的领域,也是包含很多应用的领域.”[7]将甘子钊院士这段对于黄昆研究特色的总结,与黄昆反复强调的莫特的研究风格相比,不难发现二者是极其相似的.这无疑说明黄昆继承了莫特的风格,并做到了活学活用莫特的研究方法.根据黄昆自己的回忆可以看出,他本人在科学研究领域的很多重要贡献,都是在深刻领悟并成功实践莫特的研究风格之中做出的. 黄昆留学英国期间,对他有重要影响的另外一位著名物理学家是玻恩.黄昆是1947年慕名到爱丁堡大学游学并结识玻恩的.其后直到黄昆离开英国回国,二人有大量的书信往来.尽管如此,从书信中可以看到,为了更多地能在一起讨论研究,玻恩总是希望黄昆能多来爱丁堡.为此他在经费比较拮据的情况下为黄昆设法解决经济问题.如1950年5月12日玻恩写给黄昆的一封信中有这样一句话:“现在我有一点完全由我支配的可用的经费,我可以为你提供交通和住在这里的费用(每天一英镑),所以,不要因为经费问题而阻碍了你到这里来.”而黄昆则除遇到问题及时写信与玻恩讨论外,系统搜集、研读玻恩及玻恩晶格动力学学派成员的相关著述.黄昆将玻恩的一些文章称为晶格动力学研究的“范本”.《晶格动力学理论》是这一领域的经典名著.玻恩充分肯定黄昆在这本书撰写过程中的重要作用,黄昆也投桃报李,实事求是地说:“固然我担任了全书的写作,并且在解决一些主要问题上进行了工作,然而玻恩教授的工作仍旧在书中保持了主导的作用,不仅玻恩的手稿确定了普遍理论的轮廓以及其中部分的具体内容,而且全书所总结的内容,包括书中新发展的理论,也主要是以玻恩教授本人以及他的学派几十年来在晶格理论方面的工作成果为基础的.”[8]《晶格动力学理论》一书的中文翻译者葛惟昆教授曾说:“令我不胜唏嘘的是,重读原著多遍,竟一点错误都没有发现,连标点符号都准确无误.这固然在很大程度上要归功于玻恩在年过七旬以后仍一丝不苟地校阅文稿、编制索引和检查公式,但也完全体现了全书主笔者黄昆的风格.”[9]无需辨析该书无错应主要归功于谁.可以肯定的是黄昆的严谨风格,应该与他在英国多年的留学时期受莫特、玻恩这两位严谨求真的著名物理大师的影响不无关系.黄昆在多个场合都曾对于玻恩有高度的评价.与这样的一流物理大师长时间合作而受其影响是自然而然、合情合理的.在合著《晶格动力学理论》期间,玻恩不仅与黄昆一起讨论著书事宜,还向权威期刊推荐黄昆的研究论文.在回忆起一篇文章的发表过程时,黄昆曾说:“当初稿由玻恩寄到《伦敦皇家学会会志》发表时被拒绝了,因为审稿人说论文中没有新内容,后来玻恩建议换另一个审稿人评审,论文才被接受发表.”[5]在玻恩的档案中有多封他推荐黄昆稿件的信函.在玻恩的回忆类著述中,有时他将黄昆称为自己的学生,有时则特别说明黄昆来到他身边时已经是能力很强的青年物理学家.从玻恩与黄昆之间的交流情况来看,在交往之密切与合作之深入上看,这和玻恩指导一位博士生或博士后的工作没有本质区别,不同的是黄昆没有在玻恩指导下撰写一篇学位论文而已.因此,玻恩有时视黄昆为自己的弟子,并不为过.高水平的科学研究工作是研究者精神追求的结果.莫党教授是黄昆的学生也曾任其助手,他回忆说:“黄昆言传身教地教导我们,要有追求科学的目标,要有创新的精神,要有科学的态度.”[10]黄昆这样要求学生,他也这样要求自己.20世纪90年代在回答“您认为从事物理学研究的人应该具备哪些品质”这个问题时,黄昆说:“在某种意义上说,把自己的物理研究看得比什么都重要.要把实实在在解决点科学问题当做工作目标,而不是仅求出文章.要有点独立精神,不要陷进‘仿制’、‘复制’,琐碎的添枝加叶的工作模式.”[4]可以这样理解,黄昆所说的科学态度就是“把自己的物理研究看得比什么都重要”;不仿制、不复制就是他的独立创新精神;而“实实在在解决点科学问题”则是一位科学技术研究者一步一个脚印,具体而务实的科研与工作目标.科学家的创新方法即是其研究方法,黄昆研究问题时的特点是“从一个具体的物理问题入手,探索很基础的物理问题”.在此基础上,黄昆认为研究者要做到“三个善于”:“要善于发现和提出问题,尤其是要提出在科学上有意义的问题;要善于提出模型或方法去解决问题,因为只提出问题而不去解决问题,所提问题就失去实际意义;还要善于作出最重要、最有意义的结论.”[2]黄昆的“三个善于”是难以效仿的,但却是高水平研究者必须具备的素质.对于自己提出的“三个善于”,黄昆认为:“当然,这说起来容易,做起来难.至于怎么做到‘善于’,我也说不清,反正事实上要做好研究工作,我体会是非如此不可.”[2]黄昆的“三个善于”虽然不是可以按部就班模仿的,但它对于所有研究工作都有启示,对于已经具备专业研究基本素质的人而言,黄昆的“三个善于”具有一定方法论上的指导性作用.它提示研究者确定选题并看清问题的本质、找到有效的最佳解决办法以及用心提炼和表述自己的研究成果.一个研究者如果不具备“三个善于”的素质,绝对难以做出高水准的创新.在这个意义上,“三个善于”是更高层面的创新意识与创新境界.黄昆本人十分重视他所提出的“三个善于”,2002年黄昆曾强调指出:“科学研究贵在创新,要做到‘三个善于’,即善于发现和提出问题,善于提出模型或方法去解决问题,善于做出最重要的、最有意义的结论.其中最为关键的是善于抓住机遇,发现和提出问题.”[2]在黄昆看来他的“三个善于”就是他能够做出高水准创新性工作的保障.黄昆的研究成果都能经受住时间的考验,这也有赖于他对于研究工作反复推敲的严谨精神.朱邦芬院士曾说:“黄昆常说他的十个想法中有九个靠不住,为此他总是仔细推敲.黄昆不赞成用过于烦琐的数学方法来研究物理问题,然而在需要数学推导及计算时,他又十分仔细,反复多遍地来回检验,因此黄昆的研究成果经得起时间的考验.”[11]可见要做出高水平的创新工作,并保证其成果能经受住考验,黄昆这种一丝不苟、反复推敲的严谨精神是值得借鉴和学习的,不失为一种行之有效的宝贵经验.黄昆在固体物理领域深得莫特和玻恩两位大师的真传,加以自己专心致志的揣摩,掌握和拥有了自己从事科学研究的有效方法.运用这些方法黄昆取得的科学贡献在物理界有目共睹,其中在英国留学的6年里做出的杰出工作主要有以下4项.1) 黄散射:1947年在英国布里斯托大学做博士生的黄昆发表论文指出:晶体缺陷将使进入物体的X射线产生漫反射.这种散射后来被称为黄散射.2) 黄方程:1948年黄昆引入一组微观模拟光学振动的唯象方程,后被成为黄方程.它确立了约化光学位移W(正比于正负离子位移之差)、宏观电场E 与电极化P三者之间的关系,即式中的4个系数中, b12=b21 ,3个独立系数可由实验直接确定.黄方程的物理意义十分明确,作为宏观关系是严格的,它简洁而有效地解决了极性晶体光学振动的问题.利用黄方程,很快就能导出在长波极限条件下的横光波与纵光波的频率比.揭示了在固体中还存在极化激元,即极性晶体中声子与电磁波的耦合模.1965年在磷化镓拉曼散射中首次从实验上观察到极化激元.徐永安、徐永祥指出:“黄昆方程的理论就在于把电磁声子从极化声子中区分出来,引起了人们对声光子概念的兴趣.”[12]3) 黄-里斯理论:1950年黄昆与里斯(A.Rhys,后与黄昆结为伉俪)合作,从晶格弛豫机制出发,在“F中心光跃迁与无辐射跃迁理论”一文中,提出了光跃迁和无辐射跃迁多声子理论.这一理论被称为黄-里斯理论.《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》一文是人们在这个领域必引的经典文献.从1975年(这篇文章发表24年以后)以来,这篇论文被他人在SCI收录的刊物上引用652次,其中1994 年以后被引用173 次,平均每年引用20多次[13].黄昆自己也认为《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》是他的最重要的文章:“我在1950年发表的‘F中心的辐射和无辐射跃迁’一文是发表后立即引起一批优秀物理学家重视,并进行进一步研究的文章,也是从那时到现在被引用最多的论文.”[4]4) 玻恩与黄昆:1947年玻恩将断断续续写了14年的尚未完成的书稿给黄昆看,建议黄昆与他合作完成此书.后来开始了二人的合作.1954年由黄昆主笔的《晶格动力学理论》由牛津大学出版社出版,该书是这一领域的权威的世界经典名著.从英国归来后黄昆主要从事教学工作.1977年出任中国科学院半导体研究所所长后,他除了为研究所的建设运筹帷幄外,又开始了自己60岁以后的新的科学研究时期并取得了重要成果.其中最主要的是建立了黄-朱模型.5) 黄-朱模型:20世纪80年代中期,黄昆简化了量子阱空穴能带计算问题,导出了量子阱中激子旋量态. 1987 年,黄昆与朱邦芬设计了一个构思巧妙却十分简明的“偶极子超晶格”模型,这一模型与连续介电模型完全相容,而又是个微观模型.据此,黄昆和朱邦芬澄清了原来理论出现矛盾的原因,提出和发展了关于半导体超晶格光学振动的系统理论,这一被国际学术界普遍称为“黄-朱模型”[13].黄昆的贡献不仅仅体现在他纯粹的科研成果上,他在新中国半导体物理学发展以及培养物理学人才方面,也是居功至伟.对于回国之后、60岁之前的工作,他有过这样的概述:“我1951年回国,立即赴北京大学任教.这时,新中国刚刚成立,国家把培养人才的工作放在了极为重要的地位,学校对教学工作提得很重,我全身心地投入到了教学工作.从33岁到59岁,都是致力于教学工作.”[2]对于一位刚过而立之年的物理学家而言,在科学研究领域已经取得杰出成就,却要放弃科学研究而将全部精力用于基础物理教学,这不是很容易想得通、做得到的.对此,黄昆有非常清晰而理性的认识:“因为回国后全力以赴搞教学工作,是客观形势发展的需要,是个服从国家大局的问题.这也并非我事业上的牺牲,因为搞教学工作并没有影响我聪明才智,而是从另一方面长了才干,实现自身价值.” [2]黄昆做到了,而且做得很好、很出色.据他的学生回忆当年黄昆在上普通物理课时,全身心投入:“黄先生教我们普通物理课.黄先生全部身心投到教学中去,讲课生动活泼,物理概念鲜明,还创造地给出一些更科学更形象的讲述.他采用启发式教学,经常举行课堂讨论和小测验,使学生实实在在地掌握所学的知识.”[10] 这说明黄昆对于放弃物理学研究而从事基础物理教育工作,心里的确是没有疙瘩的. 在物理教育领域,黄昆最为人称道且值得大书特书的是培养了一批新中国半导体人才. 1956年暑假,为发展我国的半导体事业,教育部创办中国第一个五校联合半导体专门化教研室,黄昆任教研室主任.黄昆亲自讲授为大学生开设的《半导体物理》课程,还为研究生和青年教师开设专题课,主持电子-晶格相互作用和能带理论的研究工作,并亲自指导学生的毕业论文. 1956—1958年,五校联合培养了中国第一批半导体毕业生240人,这些人才是我国半导体事业的骨干力量.黄昆自1977年担任半导体所所长以后,重新焕发了青春,又开始了研究工作.58岁重操科研旧业,并力求赶超世界前沿,这不是一件易事.对于当时的感受他自己曾有过这样的描述:“这时身在研究所不作研究工作道理难容,但是,研究中断了几十年,自己年龄已近60岁,研究怎样才能作得出来呢?”[14] 黄昆当时思考了老科学家从事科学研究工作掉队的原因,并由此找到了自己再次现身物理学研究前沿并做出新贡献的方法:“我当时想,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第一线的具体工作,以至自己原来的老本也会逐步忘记.我要把几十年基础理论的发展认真地补上恐怕是作不到的.所以我拿定主意,承认这个局限性,只去作自己能作的问题.但是要坚持自己动手作第一线的具体工作.”[14]除了自己恢复从事科学研究的功力,作为研究所所长,黄昆对于学科发展的规划决定着整个研究所的未来.20世纪80年代初期,半导体物理的主要研究方向并不明确.由于分子束外延技术的发展,国际上半导体超晶格研究的发展十分迅速.黄昆预见到,这一技术在半导体物理研究中,将占有越来越重要的地位.黄昆及时地调整了半导体所的研究方向,转移到超晶格、量子阱的研究上来.事实证明黄昆的看法是有远见的、正确的.黄昆先生当年的心血,奠定了中国半导体事业发展的坚实基础.为弘扬黄昆的科学精神及其在开创我国物理学事业中所做出的杰出贡献,经国家科技部批准,于2005年设立了“黄昆固体物理和半导体物理科学研究奖”;北京大学则设有“黄昆-李爱扶奖学金”,奖励物理学院固体物理与半导体专业研究生.这些都是对黄昆先生最好的纪念.【相关文献】[1] 冯端.悼念黄昆先生[J].物理,2005,34(8):610.[2] 黄昆.黄昆文集[M].北京:北京大学出版社,2004,575-576.[3] 朱邦芬. 黄昆——声子物理第一人[M].上海:上海科学技术出版社,2002,36-37.[4] 芜茗.学部委员黄昆教授答本刊记者问[J].现代物理知识,1992,4(1):2 .[5] 黄昆.我的研究生涯[J].物理,2002,31(1):129.[6] 朱邦芬.读1947年4月黄昆给杨振宁的一封信有感[J].物理,2009,38(8):578.[7] 甘子钊.极化激元研究的进展[J].物理,2009,38(8):590.[8] M.玻恩,黄昆. 晶格动力学理论[M].葛惟昆,贾惟义,译.北京:北京大学出版社,1989,本书说明.[9] 葛惟昆.严师黄昆[J].物理,2009,38(8):594.[10] 莫党.悼念我敬爱的老师黄昆先生[J]. 物理,2005,(348):614.[11] 朱邦芬. 一本培养了几代物理学家的经典著作[J]. 物理,2006,35(9):792.[12] 徐永安,徐永祥.黄昆方程及应用[J].信息工程学院学报,1994,1(1):39.[13] 朱邦芬.黄昆对物理学的贡献[J].发光学报,2003,24(1):3.[14] 夏建白.深切悼念黄昆老师[J].物理,2005,34(8):612.。
黄昆 固体物理 讲义 第七章
+
K =k ⋅
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K p
)unk K
K (r )
=
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K (k )
−
K =2k 2 2m
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K (r )
,同时利用周期性函数解的条件,即
可以得到电子的全部能量 En (k ) 。
K k
⋅
K p
微扰法的中心思想:如果已知
K k0
处的解,利用微扰法则可以得到
K k
的解,即原则上布里渊区其
它任一点的解 u K 可以用 u K 来表示。
§7.2 半导体中的杂质 理想的半导体材料是没有缺陷或没有杂质,半导体中的载流子只能是激发到导带中的电子和价带中 的空穴。
对纯的半导体材料掺入适当的杂质,也能提供载流子。因此实际的半导体中除了与能带对应的电子 共有化状态以外,还有一些电子可以为杂质或者缺陷原子所束缚,束缚电子具有确定的能级,杂质 能级位于带隙中接近导带的位置,在一般温度下即可被激发到导带中,从而对半导体的导电能力产 生大的影响。 设想一个第 IV 族元素 Ge(4 价元素)被一个第 V 族元素 As(5 价元素)所取代的情形,As 原子和 近邻的 Ge 原子形成共价键后尚剩余一个电子。如图 XCH007_000_01~02 所示。
)2
有效质量的计算
——
K k
⋅
K p
微扰法
晶体中电子的波函数可以写成布洛赫波:ψ nk
=
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(
K r
)
电子的布洛赫波满足:
[
K p
2
2m
+V
K (r
)]e
ikK⋅rK
unk
K (r )
我国基础科学的尴尬 事迹材料
我国基础科学的尴尬事迹材料2022年,在世界物理年里,中国物理学界痛失栋梁。
世界著名物理学家、中国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一、教育家、中国科学院院士黄昆于7月6日与世长辞。
黄昆走了,科学界扼腕,但同时闻讯的许多普通公众相当茫然:黄昆是谁?在科学界赫赫有名,在公众面前却是陌生人。
“这就是我国的现实——公众享受着科学家带来的科技成果,却不知道科学家是谁”,中国科学院化学研究所原所长胡亚东说。
一直从事基础科学研究的胡亚东坦承,不仅是黄昆,几乎所有科学家,特别是搞基础领域研究的都会遇到这样的尴尬。
那么,是什么导致了公众对基础科学的陌生?被经济效益淹没了的基础科学基础科学领域的科学家不仅远离公众,而且远离日益喧嚣浮躁的科技界。
中国科学院化学研究所原所长胡亚东说,科学技术必须经过多次转换才能变为生产力,可是很多人错误地认为,科学技术直接等同于生产力。
“这导致很多地方对科技工作者的考核,往往就看其完成了多少论文,这些论文又产生了多少经济利益。
”很多基础科学研究领域根本没有明显的经济效果。
再加上基础科学领域本身离老百姓生活比较遥远,科学家一般又都专注于研究领域,潜心工作,极少跟公众打交道,“最终导致这些领域的科学家更加远离公众视野”。
事实上,不仅公众对基础科学的研究领域了解不够,就是科学研究部门对基础科学研究也退避三舍。
为了获得研究资金的支持,很多地方对科技工作者的考核,不仅看其完成了多少论文,这些论文又产生了多少经济利益,而且直接为研究者设定了应该获得的项目经费金额,拿不到经费就低聘扣奖金。
科研机构变身为生产企业,谁还敢做见不到经济效益的基础科学研究?科研工作者为了生存,不得不拉关系,跑项目,谁还有时间搞基础科学研究?跟着“老板”和领导的意图走,你就能拿到钱;坚持独立的科学观点,你就要受到冷落,谁还敢“实事求是”地搞基础科学研究?在普通公众的心目中,学者是学术上颇具造诣、道德上堪为楷模的受尊敬的群体。
固体物理学教材在我国的发展演变
固体物理学教材在我国的发展演变固体物理的开端没有准确的定论,但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系,下面是小编搜集整理的一篇研究固体物理学教材的论文范文,欢迎阅读查看。
固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科,其范式是周期结构中波的传播[2].固体物理学涉及晶体学、晶格动力学、固态电子和光电子学、磁学、自旋电子学、固体能带理论、非晶态物理、超导物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、相变物理、表面物理、低维物理、介观物理、纳米物理、量子物理、低温物理和高压物理等众多领域[1,2],是一门综合性基础学科,并与高能物理学、天体物理学一起形成现代物理学的三大主流.固体物理的开端没有准确的定论,但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系。
人们对晶体几何形状的认识可以追溯到石器时代,但是晶体学作为一门独立的学科出现是在17世纪中叶,其间经过了近3个世纪的发展[1,4],直到基于X射线衍射(1912-1913,劳厄和布拉格父子)的晶体结构分析及其方程的建立,才标志着现代晶体学的创立,并成为固体物理学发展的基础。
20世纪初,随着量子理论的发现和统计物理的发展,固体物理学得以迅猛发展,并逐渐建立了晶格动力学(1913,波恩和冯·卡门)、固体电子论(能带论)(1928,布洛赫;1930,布里渊)以及量子力学的磁性理论(范弗莱克,朗道)等。
至此,固体物理学的主干已基本成型(1940)[2],其专着《TheModern Theory of Solids》的出现标志着固体物理走向了成熟,并为随后的固体物理学教材树立了旗帜。
新中国固体物理学的发展离不开众多留学归来的专家学者,如我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一黄昆(多声子跃迁理论、X光漫散射理论、晶格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模型),我国半导体物理学和表面物理学的奠基人之一谢希德(固体能谱、群论、表面和界面物理、量子器件与异质结构电子性质理论),我国固体物理理论的开拓者之一李荫远(合金有序化的仿化学理论、合金和反铁磁体有序-无序相变统计理论、过渡族元素磁结构和超交换作用理论、超Raman散射效应),国际一流晶体学家之一余瑞璜(X光晶体结构分析新综合法、固体与分子的经验电子论),我国晶体学创始人和X射线晶体物理学研究队伍创建人之一陆学善(X射线粉末衍射在金属合金中的应用、X射线粉末衍射方法的发展),我国晶体生长的奠基人之一吴乾章(单晶体X射线劳厄背散射归咎总图的绘制和定向方法、克服人工水晶生长中后期裂隙的规律、相图和晶体生长的关系),国际滞弹性内耗研究创始人之一葛庭燧(葛氏晶粒间界模型、滞弹性内耗理论)等等。
黄昆与中国半导体物理学的发展_纪念黄昆院士100周年诞辰_陈菁
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黄昆中国固体物理和半导体物理的奠基人阅读答案
黄昆中国固体物理和半导体物理的奠基人阅读答案《黄昆中国固体物理和半导体物理的奠基人》阅读材料1937年,黄昆通过潞河中学的保送考试,进入燕京大学物理系学习。
潞河中学和燕京大学求真务实和相对开放的环境熏陶了年轻的黄昆,使他养成了独立思考,不盲目随从的习惯。
1945年8月,黄昆到英国做了物理学家莫特两年的研究生。
在他的指导下,黄昆提出固体中杂质缺陷导致X光漫射的理论,这一理论自20世纪60年代起为外国学者证实并得到应用,被称为“黄散射”。
后来,黄昆到诺贝尔奖获得者、爱丁堡大学玻恩教授处工作。
他接受玻恩的建议,用了四年时间完成玻恩只写了若干章节的《晶格动力学》。
在潜心撰写此书期间,黄昆在学术上还有两项开拓性的贡献:一项是,他和夫人里斯提出了在晶格弛豫基础上的多声子光跃迁与无辐射跃迁理论,这个理论被称为“黄-里斯理论”;另一项是,他首次提出晶体中声子和电磁波的耦合振荡模式,在国际上被称为“黄方程”。
1951年底,黄昆回到了祖国。
为了给祖国建设事业培养急需的科技人才,黄昆不惜中断个人的研究工作。
他到了北大,就全身心地投入到《普通物理》的教学工作。
尽管这只是大学物理系学生的入门基础课,他还是一遍又一遍地认真备课,他的课在北大以至全国物理界有口皆碑。
五十年代初,作为学科基础的半导体物理学,国际上还没有专门的教科书。
1955年,黄昆邀请物理系三位同仁和他一起,在北大第一次开设了这门课程。
1956年暑假,北大、复旦等五校联合在北大物理系开设了我国第一个半导体专业,培养的二百余名学生成为我国半导体事业的中坚力量。
1958年他和谢希德合著的《半导体物理》是我国半导体领域最早和最重要的著作,其学术水平在当时也属国际前沿。
他指导培养的一批研究生和助手如莫党、秦国刚、甘子钊等,都成为固体物理学科研与教学的骨干人才。
1977年11月,黄昆调任中国科学院半导体研究所所长。
在他主持下,针对多声子无辐射跃迁理论中出现的国际疑难问题重新开展研究,他与同事朱邦芬共同完成的“黄-朱模型”就是那个时代的代表性成果。
【物理巨人】科苑中的一棵常青树——记固体物理学家黄昆教授
【物理巨人】科苑中的一棵常青树——记固体物理学家黄昆教授1985年盛夏的一天,中国科学院学部委员(院士)、半导体研究所名誉所长黄昆教授收到第三世界科学院院长、国际理论物理中心主席萨拉姆教授发来的一封电报,电文如下:“黄昆教授,我荣幸地通知您,在7月7日举行的全体大会上,您已被选为第三世界科学院院士,仅致良好的祝愿。
”黄昆教授已经不是第一次接受这样的荣誉了。
1980年,他被选为瑞典皇家科学院外籍院士,他是这个以评选诺贝尔科学奖而闻名于世的科学院中唯一的中国科学家,作为一位对于固体物理学做出卓越贡献的科学家黄昆教授来说,接受这些荣誉也是受之无愧的。
○ 2001年与王选共同获最高国家科学技术奖早在青年时代,黄昆就以固体物理学中的重要成果“黄散射”、“黄-佩卡尔理论”、“黄方程”以及与近代物理学大师M.波恩合著《晶格动力学》一书而闻名于国际物理学界。
新中国成立不久,1951年黄昆由海外归来,按照事先的约聘任教于北京大学。
1977年11月出任中国科学院半导体研究所所长,1983年任名誉所长。
三十五年中,黄昆教授呕心沥血为新中国培养和造就了一批又一批的物理学家,同时也继续研究固体物理学中一些重要而基本的问题,在晶格弛豫和多声子跃迁理论方面不断做出新贡献。
现在年近古稀的黄先生,仍然孜孜不倦地勤奋工作着,不断思考着,指导许多研究课题的进行,还亲自动手做具体计算,在科学道路上永不停歇地攀登。
作为他身边的科研人员和学生,我们都深深地为之感动。
我们赞美他——科苑中的一棵常青树。
严谨的学风黄昆生于1919年,自小勤奋好学,天赋又高,学习成绩很优秀。
在燕京大学物理系学习时,就喜欢和同学讨论问题,并时有独到的见解。
1941年,他来到昆明西南联大任物理系助教,1942年考上该校物理系研究生,导师是著名物理学家吴大猷教授(现任台湾“中央研究院”院长)。
当时云南虽然是抗战后方,生活和工作条件十分艰难,而西南联大人才云集,学术空气极为活跃,随吴大猷先生工作,对黄昆以后从事固体物理的研究有着深远影响。
追忆黄昆越伟大,越纯洁
越伟大,越纯洁追忆黄昆“意志纯洁、公正不阿的判断,珍惜国家科研经费,极端谦虚、学风纯正、律己极严,生活上特别容易满足,在任何时候都意识到自己是社会的公仆。
”这是朱邦芬对黄昆的评价。
|人物|◎编辑|易小燕个人与自己关系的亲疏为依据;相反,他对与自己关系密切的人要求更严格。
据朱邦芬回忆,黄昆担任评委时,不管是评奖还是评经费,毫无门户意识,也不为本单位、小团体争什么利益。
黄昆很少给人写推荐信,一旦要写他都亲自动笔,所写意见实事求是,吝于夸大之辞。
黄昆审稿及审查研究生论文十分认真,同时也会不客气地写上自己的批评意见。
有一位研究生在博士论文中,对自己工作的意义吹得过高。
黄昆毫不留情地指出这是学风问题,并提醒他的导师注意此类问题,加强对学生的教育。
朱邦芬说:“黄昆先生发表的文章不算多,反对‘灌水’。
他觉得意思不大的著作往往被束之高阁。
他强调,研究工作不能安于修修补补,以数量取胜,而要真正在科学上解决问题。
”黄昆主张每篇论文都要实实在在地解决一个或几个物理问题。
他不赞成发了许多文章,却没有真正解决科学问题。
黄昆在英国6年发表十几篇论文,还完成了一本专著,这在当时被认为是异乎寻常的高产。
他认为,一个理论物理学家,一年才能完成两三项研究,必须全力以赴,自己在英国6年的研究是尽了全力的。
黄昆做研究,喜欢事必躬亲。
国内流行一种说法,科学家有多种类型:有的人是帅才,有战略眼光,能组织大兵团作战;有的人是将才,能带领一批人攻克难关;有的人是兵,只能自己一个人或归属一个小组,在第一线冲锋陷阵。
黄昆认为自己只是一个兵,不是什么科学研究的将帅之才。
他觉得,如果自己不深入思考一个具体的科学问题,如果不亲自动手算点东西,脑筋就开动不起来,很难做出什么有创新性的成果,也根本无法看清学科的发展趋势。
“多量子阱系统中,光学声子拉曼散射的微观理论”这项研究是朱邦芬提出来的。
后来黄昆和朱邦芬各用一种方式进行了推导,最后由黄昆撰写论文。
“黄昆用家里的打字机打了40多页,把我放在第一作者,自己的名字放在最后。
一代宗师,科学泰斗———黄昆院士
编者按! ! 黄昆先生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" 他的理论产生着深远的影响, 不仅对固体物理学的发展具有重要的理论意义, 而且 对信息产业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有重要的现实指导意义" 新中国成立以来, 他投身于国家教育事业, 从事于普通物理、 固体物理和半 导体物理等的教学工作, 培养了一批又一批国家科技栋梁之才" 黄昆先生与 《 物理》 有着深厚的缘分, 他在 《 物理》 上发表的文章受到读者的广泛关注, 令 《 物理》 增色; 黄先生也曾多次表示 《 物理》 是他晚年以来唯一坚持阅读的期 刊, 足见黄先生对 《 物理》 的喜爱" #$$% 年 & 月 ’ 日, 黄昆先生不幸逝世, 我刊特组织这组文章以表达我们对先生的 深切悼念和深深的哀思" 伟人已逝, 但先生的精神与风范长存"
一代宗师, 科学泰斗— — —黄昆院士
士 ( ()+% 年) " 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" 他从理论上预 言了与晶格中杂质有关的 / 射线漫散射, 以后被称 为 “ 黄散射” " 这个理论在 #$ 世纪 ’$ 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 0 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 极化激元的重要概念" 他在 ()%( 年完成了与 ()%* 年诺贝尔物理奖获得者玻恩一起合著的 《 晶格动力 学理论》 一书, 成为当代固体物理学界人尽皆知的 科学巨著" %$ 多年来被世界各地的物理学研究者推 崇备至, 奉若 “ 圣经” 一般, 是一部有世界影响的经 典性科学专著" ! ! 黄昆院士 ()() 年 ) 月出生于北京, ()*( 年毕 业于燕京大学物理系" ()*( —()*# 年任西南联合大 学物理系助教" ()*# —()** 年任西南联合大学研究 生, 师从中国现代物理学奠基人之一吴大猷教授" ()*% 年赴英国布里斯托大学留学, 师从固体物理学 大师、 ()&& 年诺贝尔物理奖获得者莫特爵士" ()*+ 年获英国哲学博士学位" ()*& —()*+ 年在英国爱丁 堡大学玻恩教授 ( ()%* 年诺贝尔物理奖获得者) 研 究组作短期访问研究" ()*+ —()%( 年在英国利物浦 大学理论物理系任 ,-, 博士后研究员, ()%( —()&& 年在北京大学物理系任教授, ()%% 年被选为中国科 学院学部委员 ( 院士) " ()&& —()+. 年任中国科学院 半导体研究所所长, ()+. 年起任名誉所长" ()+& — ())( 年任中国物理学会理事长" 他先后被选为瑞典 皇家科学院外籍院士 ( ()+$ 年) , 第三世界科学院院
黄昆的五个_一_和他的治学之道
黄昆的五个“一”和他的治学之道杨发文钱呈祥(扬州教育学院高邮校区江苏225600) (永嘉县上塘中学浙江325100)2002 年2 月1 日,黄昆从江泽民主席手中接过国家最高科技奖证书,荣膺国家最高科学技术奖。
黄昆是国际上著名的固体理论物理学家和声子物理的奠基人。
他的研究工作主要集中在两段时间里,一段是在美国工作的6 年(1945~1951) ,另一段是在中国科学院半导体研究所工作的10 年(1979~1989) 。
对黄昆来说, 全力进行研究工作的时间只有16 年,可在这么短的时间里却产生了以他姓氏命名的一类散射、一组方程、一种理论和一个模型,以及与玻恩合作完成了一部著作, 在中国科学家中实属凤毛麟角。
对固体物理学研究的贡献:五个“一”一类散射:黄散射X 射线是研究晶体结构的重要手段。
晶体普遍存在着缺陷,它们对X 射线散射会产生什么影响呢? 这是20 世纪40 年代人们既关心但又没弄明白的重要课题。
那时,黄昆在英国布里斯托尔大学做研究生,他发表的第一篇论文“稀固溶体的X 光漫散射”就对这个问题作也了解答。
这篇于1947 年发表的论文从理论上指出,缺陷将使进入物体的X 射线产生漫反射。
这种散射后来被称为黄散射。
他的导师莫特(N. F. Mott) 对这篇论文非常满意。
这篇论文发表30 年后,黄散射现象首先在实验上得到证实,之后又在中子散射实验中观察到。
现在,黄散射已成为一种专门的X 射线技术。
一组方程:黄方程1948 年,黄昆在英国利物浦大学工作时,介电极化基础的微观细节是一个热门话题。
其中,对光学振动的微观模拟引起了黄昆的兴趣。
他独辟蹊径,摒弃了当时人们所用的复杂的微观处理方法,引入了一组简单的唯象方程对问题进行处理。
这一组方程后来被称为黄方程。
在随后的应用中,黄方程获得了巨大的成功。
由黄昆方程很快就能导出在长波极限条件下的横光波与纵光波的频率比。
当用这组方程求解离子晶体的振动模时,不仅不会出现早先人们处理这个问题时出现的发散现象,而且很容易就能以简洁的解析形式表示出结果来。
黄昆
黄昆
黄昆(1919~),1944年获北京大学硕士学位。
1945年赴英国深造,1947年获博士学位。
1947年他在研究稀固溶体理论中提出,固体中的杂质缺陷会导致X光漫散射,其强度集中在普通X光衍射斑点附近,20年后确认了这种现象,后来被称为"黄散射"。
"黄散射"成为直接有效地研究晶体微观缺陷的手段。
1950年他与里斯首次提出多声子辐射和无辐射跃迁的量子理论,国际上称此理论为黄-里斯理论。
该理论是研究固体杂质缺陷光谱和半导体载流子复合的奠基性
工作。
同年,黄昆综合介质的电磁理论和晶格动力学理论对极性晶体提出了一对唯象方程,它被称为"黄方程",这一方程是处理极性晶体光学振动的基础。
1951年他从黄方程出发又推导出晶体中的声子与电磁波的耦合振荡模式。
他所预见的声子与电磁波的耦合振动模式于1963年被证实,命名为极化激元。
现在极化激元成为分析固体光学性质的基础,国际上称黄昆的工作是极化激元领域的里程碑。
1978年他证明了无辐射跃迁的绝热近似和静态耦合在理论上完全等价,澄清和统一了二十年来国际上关于无辐射跃迁理论的争论问题。
继而,他又提出了无辐射跃迁中声子统计规律性的理论。
黄昆在固体物理学理论领域、特别是在晶格动力学方面作出的开拓性研究,使他于1980年当选为瑞典皇家科学院外籍院士,1985年又当选为第三世界科学院院士。
曾任半导体研
究所所长,为我国半导体研究培养造就了大批人才。
追忆黄昆越伟大,越纯洁
追忆黄昆越伟大,越纯洁作者:高雅丽来源:《科学大观园》2019年第18期“意志純洁、公正不阿的判断,珍惜国家科研经费,极端谦虚、学风纯正、律己极严,生活上特别容易满足,在任何时候都意识到自己是社会的公仆。
”这是朱邦芬对黄昆的评价。
日前,在第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。
“黄昆经常说,基础研究也要算一算投入产出,算一算你为这篇研究论文所花的钱值不值。
”朱邦芬回忆道。
每经手一笔较大的科研经费,黄昆都如履薄冰、睡不踏实,生怕浪费了人民辛辛苦苦省下来的血汗钱。
他坚决反对抱着“国家的钱不花白不花”的态度,大手大脚浪费国家有限的科研经费。
“黄昆先生这辈子就申请过一次国家自然科学基金。
1986年他带领半导体所理论组十几个人,申请了3年共6万元的经费。
他特别珍惜国家的钱,但花自己的钱却不太在乎。
”朱邦芬说。
报告会上,朱邦芬说,黄昆考虑问题总是从全局利益和合理的布局出发,不为本单位、本部门谋取利益。
因此,和他关系越密切的人,往往“吃亏”越大。
黄昆评价一个人时,从不以这个人与自己关系的亲疏为依据;相反,他对与自己关系密切的人要求更严格。
据朱邦芬回忆,黄昆担任评委时,不管是评奖还是评经费,毫无门户意识,也不为本单位、小团体争什么利益。
黄昆很少给人写推荐信,一旦要写他都亲自动笔,所写意见实事求是,吝于夸大之辞。
黄昆审稿及审查研究生论文十分认真,同时也会不客气地写上自己的批评意见。
有一位研究生在博士论文中,对自己工作的意义吹得过高。
黄昆毫不留情地指出这是学风问题,并提醒他的导师注意此类问题,加强对学生的教育。
朱邦芬说:“黄昆先生发表的文章不算多,反对‘灌水’。
他觉得意思不大的著作往往被束之高阁。
他强调,研究工作不能安于修修补补,以数量取胜,而要真正在科学上解决问题。
黄昆
谢谢观看
黄昆院士是中国科学界的典范,他呕心沥血,教诲提携。他严谨的治学风格培育出一批英才,他对祖国的赤 子之情,对事业的赤子之诚,对党的赤诚之心和高尚的情操将继续垂范世人,启迪后学。(彭桓武、戴......
后世纪念
铜像
追思会
2006年12月15日,由北京大学物理学院、北京大学微电子研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室 联合主办的黄昆先生铜像落成仪式在北京大学物理大楼举行,北京大学党委书记闵维方出席仪式,并与黄昆的夫 人李爱扶女士、长子黄志勤先生等一起为铜像揭幕。
黄昆和学生详细分析了Ⅲ-Ⅴ族化合物的量子阱和超晶格的空穴带的电子状态,发展了一种适用于超晶格结 构的简单有效的计算方法,从而对量子阱和超晶格结构中空穴子带的性质、价带杂化和外加电场等对量子阱和超 晶格中激子吸收的影响做了理论计算。他和学生系统研究了超晶格中的长波光学振动模式,指出流行的连续介电 模型的结果是不对的,基于他在1951年提出的偶极振子晶格模型,他们提出了一个能描述迄今了解的实验事实的 理论模型,得到了在一维和二维的量子系统中纵向光学振动和横向光学振动的类体模的正确描述。他们的这项工 作对理解半导体超晶格的光学性质、光散射效应、电子和格波的相互作用起到了重要作用。......
亲属成员
父亲黄徵是中国银行高级职员,母亲贺延祉也是银行职员。母亲毕业于北京女子师范大学。
人物评价
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。[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(M.Cardona)评]
黄昆先生是世界著名的物理学家,他对固体物理学作出了人之一。黄昆先生一贯强调德才兼备,教书与育人相结合的教育原则,呕心沥血,教诲提携,以 极大精力投入为国家培养科技人才的光荣事业,认为在中国培养一支科技队伍的重要性远远超过他个人在学术上 的成就,堪称中国科学界的典范。黄昆先生为我们留下的不仅是一些举世瞩目的科学成果,还有在科学研究上不 断创新、勇于探索的精神,还有严谨求实的治学态度和淡泊明志的高尚情操。他对祖国的赤子之情,对事业的赤 子之诚,对党的赤诚之心和高尚的情操将垂范世人,启迪后学。(北京大学物理学院教授秦国刚院士评)
公考常识“国家最高科学技术奖得主” 考点
【常识】“国家最高科学技术奖得主”考点1.2000年得主(1)袁隆平:中国杂交水稻育种专家,中国研究与发展杂交水稻的开创者,被誉为“世界杂交水稻之父”。
他发明了“三系法”籼型杂交水稻,成功研究出“两系法”杂交水稻,创建了超级杂交稻技术体系,并提出并实施“种三产四丰产工程”。
(2)吴文俊:著名数学家,其主要成就表现在拓扑学和数学机械化两个领域。
他为拓扑学做了奠基性的工作;他的示性类和示嵌类研究被国际数学界称为“吴公式”,“吴示性类”,“吴示嵌类”,至今仍被国际同行广泛引用。
2.2001年得主(1)王选:计算机文字信息处理专家,计算机汉字激光照排技术创始人,当代中国印刷业革命的先行者,被称为“汉字激光照排系统之父”,被誉为“有市场眼光的科学家”。
(2)黄昆:主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究,被誉为“中国半导体技术奠基人”。
黄昆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共同提出的“黄-里斯理论”。
3.2002年得主金怡濂:中国高性能计算机领域著名专家,中国巨型计算机事业开拓者,“神威”超级计算机总设计师,有“中国巨型计算机之父”美誉。
4.2003年得主(1)刘东生:中国地球环境科学研究领域的专家,中国科学院资深院士,被誉为“黄土之父”。
刘东生毕生从事地球科学研究,平息170多年来的黄土成因之争,建立了250万年来最完整的陆相古气候记录,创立了黄土学,带领中国第四纪研究和古全球变化研究领域跻身于世界领先行列。
(2)王永志:航天技术专家,他长期致力于中国战略导弹和运载火箭的总体设计与研制工作,参加和主持了6个导弹型号、2个运载火箭型号和“神舟”系列飞船的设计研制工作。
5.2005年得主(1)叶笃正:气象学家,他开创青藏高原气象学,创立大气长波能量频散理论,创立东亚大气环流和季节突变理论,创立大气运动的适应尺度理论,创立大气运动的适应尺度理论。
中国固体物理和半导体物理的奠基人--黄昆
声子极化激元及黄方程
黄昆于1950年提出了一对唯象方程,以描述极性晶 体的长波光学振动,黄昆把宏观电场作为一个新的 变量,用来描述离子光学振动所受库仑作用,而宏 观电场与离子光学位移又共同对电极化有贡献。这 就是以后被广泛引用的“黄方程”。 作为应用黄方程的一个尝试,黄昆将其用于研究电 磁作用的“推迟效应对长光学波的影响,黄昆发现 电磁模(光子)与横光学声子模互相耦合形而成新他对自己的论著力 求完美,他觉得意思不大的一些著作往往被他自己 束之高阁。可以说,黄昆的每篇论文都实实在在解 决了一个或几个物理问题,都是经得起时间考验的。 下面选择其中几项最有影响的工作加以介绍。
黄散射—杂质或缺陷引起的漫散射 黄散射 杂质或缺陷引起的漫散射
多声子跃迁理论的创始人
根据晶格弛豫概念,1950年,佩卡尔,黄昆与 Rhys分别独立地提出了多声子跃迁理论,即,由 于电子初态与末态对应不同的晶格平衡位置,初 态与末态的振动波函数之间不存在严格的正交关 系。黄昆与Rhys在著名文章"F中心光吸收与无辐 射跃迁理论"中同时建立了光跃迁和无辐射跃迁 多声子理论,发表后立即引起国际学术界的重视, 因而人们常称多声子跃迁理论为黄—Rhys理论.
黄金时代(一)
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,黄昆的第一个 “黄金时代”到来了。
1947年5月中旬,黄昆来到了爱丁堡大学,玻恩教 授发现他有深邃见解,便将完成用量子力学阐述 晶格动力学理论的《晶格动力学》专著的重任交 给了黄昆。黄昆不仅以严谨的论述和非常清晰的 物理图像对这个固体物理学中的最基本领域进行 了系统的总结,而且还以一系列创造性的工作发 展和完善了这个领域。黄昆当初写进的内容在 1960年激光发现以后,一一被实验证实。由此, 奠定了他在固体物理学领域的权威地位。
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固体物理和半导体物理学的一位先驱—黄昆在这欢庆建国60周年前夕,又逢黄昆先生90年诞辰,回想我国科学事业的艰苦历程和光辉业绩,我们更加缅怀老一代科学家多年来的无私奉献.作为先生的学生并有幸在先生身边工作多年,我把自己所了解的黄昆先生的科学贡献,对我国科学事业的贡献,以及黄昆先生的高尚人格和幽默风趣的性格为大家记录下来,来纪念这位科学大师.一、黄昆的科学贡献1955年,36岁的黄昆当选为中国科学院学部委员(后来称院士.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.许多人知道,M.Born和黄昆合著‚晶格动力学理论‛被一些美国科学家称为这一领域的‛圣经‛。
在黄昆去世后,时任美国物理学会会长的M.L.Cohen在唁电中称黄昆是‚固体物理学理论和半导体物理学的一位先驱‛,‚作出了超凡(extraodinary的贡献‛.为什么国际科学界给予黄昆这样高的荣誉呢?黄先生自己说过,他的工作主要集中在声子领域.声子就是固体中原子(确切的说是原子实的振动(称为格波的量子力学描述.固体中声子态与固体中电子态决定了固体的几乎一切物理性质,而二十世纪固体物理的研究是人类从微观层次深入了解固体性质,从而得以利用并加以改造的基础。
特别是半导体和微电子技术以及材料科学得以发展,使得二十世纪高技术得以突飞猛进,人类社会生活发生重大改变. 而黄昆正是在固体物理领域,做出了自己杰出的贡献. 固体中的声子分为两类,一类称为声学声子,就是组成固体的最小可重复单元中的各个原子近似于以相同方向振动,它主要与物质的力学和声学性质有关.而另一类是最小单元中的各个原子相对振动,它主要与物质的光学性质(特别是红外波段有关,称为光学声子.从微观的原子模型来得出声子的性质,现在已经不太困难(虽然理论上仍有个别未完全解决的的问题,但在二十世纪上半叶几乎是不可能的.因此必须把微观理论的参数和宏观的可测量的物理量联系起来. 对于晶格的声学波(声学声子,作为声子理论创始人之一的波恩在二十世纪初就发展了成熟的唯像宏观理论,建立了这种联系。
而对于具有极性的固体(典型的就是离子晶体却一直存在一些基本的困难和矛盾,而正是黄昆在50年代创造性地提出了离子晶体中长光学波的唯像理论,建立了被后来称为‚黄昆方程‛的一组方程,完整的解决了这一问题.不仅如此,‚黄昆方程‛还揭示了长光学横波与电磁波的耦合模式,这就是于1965年被实验证实的声子激化激元,虽然这一名称不是黄昆给出的,但科学界公认他是这一概念的创始人.黄昆先生的另一项工作,即与晶格弛豫相联系的多声子光跃迁以及无辐射跃迁理论,同样是固体理论中一座光辉的里程碑。
这项工作涉及对局域态电子与声子相互作用的处理,而常规处理方法是不适用的.黄昆和后来成为他夫人的R HYS一起,成功地用一个简单优美的方法解决了困难,解释了实验的结果.多声子光谱理论,经过国际上几位科学家的补充,已经成为光谱学中不可或缺的成熟的理论和分析工具。
而这篇文章中的无辐射跃迁理论,经过一段曲折的发展,特别是黄昆本人在1970年代末和80年代初的进一步澄清,不仅在半导体物理领域,而且在激光技术、发光材料物理、以至于化学反应动力学的微观机制等诸多领域,发挥着重要的作用。
而从纯理论的角度来看,多声子跃迁理论是与场论中多年后才提出的动力学对称破缺这个基本物理问题有关的。
这使我们从更高,更深的角度体会到黄昆先生对于物理世界理解的深邃。
二、黄昆对我国科学事业的贡献从1951年回国到北大任教,一直到1977年邓小平直接提名他到半导体所任所长之前,黄昆先生主要是从事教学工作.从开创‚固体物理‛,‚半导体物理‛课程的教学到五校联合半导体专门化,他为中国的固体物理学和半导体事业培养了几代人才.他还参与制定12年国家科学技术发展规划.他的这些业绩这些近年已有不少回忆文章.我以为,杨振宁先生的一句话就概括了一切:中国搞半导体的,‚都是黄昆的徒子徒孙!‛黄昆先生在回国以前就已经在科学上做出了杰出的贡献,而这一时期基本上没有作科学研究,不少人为他感到‚惋惜‛,而他本人却说‚近些年来,新闻界的人士多次问我,:'你没把科研工作长期搞下来,是不是一个很大的损失?' 我一直不同意这种看法,因为回国后全力以赴搞教学工作是客观形势发展的需要,是一个服从国家大局的问题.这也并非我事业上的牺牲,因为教学工作并没有影响我发挥聪明才智,而是从另一方面增长了才干,实现了自我价值.‛(转引自朱邦芬,‚追忆黄昆先生的宗师风范‛,《名师风范——忆黄昆》,,北京大学出版社,2008,p215 这代表了他作为一个老科学家、共产党员的真正的高尚品格.1977年黄昆到了半导体所任所长以后,和王守武和林兰英两位副所长一起,稳定了研究所的研究工作,消弭了内部各个研究室关于研究方向的无休止争论,强调重要的是把精力集中到具体的科研工作上来,明确了半导体所的主要研究方向,使研究所的工作很快进入正轨。
同时强调作为科学院的研究所,科研工作必须是高水平的,要提倡学术争论.在具体的研究内容上,他建立了半导体物理的研究队伍,同时开展了国际学术交流和培养人才的工作.黄昆本人也重新开始了第一线的研究工作.在此之前,在当时国际国内政治、经济、社会思想的形势下,同时也是为了国防和国家建设的急需,半导体所主要是从事材料和器件的研制,也不可能进行深入的机理的研究,更何况物理方面的认真的学术研究.这种情况在当时是不得已,而长期来讲必然影响研究质量的提高以及学术空气.一个上千人的大所,当时没有一个可供学术交流的场所,没有一个可供讨论和讲课的地方.有一次国外专家来访,只好租用民族文化宫的会议室.为了提高学术水平,黄昆认真备课,坚持每周给科技人员讲课,从半导体的基本理论讲起.在楼道的方厅里,科研人员坐在小马扎上听课,坚持了半年多,大大提高了理论水平.另一方面,在黄昆的倡导下,把一个方厅进行了装修,安装了空调,配备了当时还不常见的软座折叠椅,建成了一个学术报告厅. 后来,黄先生多次半开玩笑半认真地说‚我当所长就作了一件事,建了一个学术报告厅。
‛,可见,他对自己改善了所里的学术风气和学术环境这一成绩还是很满意的.在以后的岁月里,黄昆自己动手动笔,活跃在学术研究的第一线.澄清多声子无辐射跃迁理论中康登近似以及解决由此引起的与实验不一致的问题,以及与朱邦芬合作提出的超晶格中光学声子的‚黄朱模型‛这两项重大成果,就是他在六十多岁以后取得的.特别值得指出的是,在八十年代,国内对于半导体物理研究的重点方向,曾有各种不同意见,黄昆根据国际上的趋势和他自己对物理问题的深刻理解,坚定地倡导超晶格和量子阱这一方向,并向有关方面积极建议.这件事我曾经问过黄先生,他说是在一次会议中间,钱三强找他征求对这一方向问题的看法.后来有关方面采纳了他的意见.现在,超晶格和量子阱以及由此进一步发展的量子点、量子线等微结构的研究占据半导体研究的绝大部分.而由此延伸出来的低维物理、介观物理以及所谓的纳米技术,则早已不限于半导体领域.二维电子气量子霍尔效应,特别是分数量子霍尔效应的发现和研究,与高温超导问题一起,把凝聚态物理学领入了一个全新的阶段.当然黄昆先生本人并没有预见到所有这一切,但他的高瞻远瞩,使我们再一次领略了大师的洞察力.三、黄昆的幽默风格黄昆先生在治学方面,在工作和日常生活的方方面面,是非常严谨、一丝不苟的人,在学术批评方面,有时甚至非常尖刻。
而另一方面,不论是讨论科学问题,还是日常谈话,他都是非常风趣幽默的。
这里我讲两个鲜为人知的小故事。
有一次,黄昆和一位研究人员(也是他亲自培养的弟子讨论深能级问题,那位正在讲一个T2 能级如何从价带分裂出来,黄昆一看表, 下班时间马上到了,就说:“你快走吧,不然,你这儿能级还没有分裂完,那边班车就把你分裂出来了!”那位研究人员真的没有赶上班车, 黄昆先生就让他搭自己的专车送他回家. 另一个故事是美国物理学家J.L.Birman告诉我的。
J.L.Birman与黄昆是老相识.他曾提出检测另一种激化激元-激子激化激元的方案和相应的理论,后来由一个曾做他博士后的科学家实现了这个实验验证。
他也热心从事美中友好往来.在八十年代初,李政道创立的CUSPEA考试给大批有志于物理学研究的年轻中国学生提供了赴美留学的机会。
而为了给已经在物理学研究中取得了相当成绩的中年科学工作者也提供赴美深造的机会,中国和美国的物理学会准备建立一个合作研究计划。
Birman非常热心于这项工作,后来充任这一计划的美方委员会主席。
大约在1983年,美国物理学会会长Marshak和 Birman来华讨论有关事宜。
中方参与谈判的有当时的科学院院长周光召以及黄昆等人。
谈判进行得很顺利。
然而在即将签署会谈的备忘录时,却为一个词争论不下,美方的方案中说参加计划的中国学者回国后将会在中国的物理学研究中起“leading role”,而中方不同意这个词,美国人觉得这个词没什么,而黄昆坚持要改,双方争论了很久,最后美方同意把“leading”改为“important”。
大约是出于对于中方这样的坚持不理解,Birman又提出一个问题:准备好要签字的文本只有中文文本而没有英文。
最后Marshak说,周教授和黄教授都是我们的老朋友了,文本是不会有问题的。
于是Birman 在文本上签了字。
他刚一签完,黄昆就站起来说:“你刚才签的文本上说‘我同意永远呆在中国’,现在你再不能离开了!”Birman 一下楞住了,大家哄堂大笑,他才反应过来是这是开玩笑。
黄昆先生已经离我们远去了,但是他对于科学的热爱,对于祖国科学事业的无私奉献,他严于律己、克己奉公的高尚品德,他的严谨认真、一丝不苟的优秀学风,他的“三个善于”的治学风格, 他在研究工作中充分体现的学术民主,在日常生活中平等待人的人格力量,却永远留在我们的心中,激励着我们前进. 今天的半导体所,已经是一个具高水平的综合型研究所,它承担着国家的若干个高技术项目.而黄昆创导的半导体所的物理研究,在自旋电子学、固体量子信息、以及新型发光材料的机理研究等领域,已经取得了不少国际先进水平的成果.这就是我们对于黄昆先生的最好纪念. 半导体所王炳燊撰稿。