他是西南联大"物理三剑客"之一,与玻恩联名的著作享誉国际半个世纪

他的贡献曾被中科院院士朱邦芬概括为:一本书、一组方程、一个理论、一种散射、一个模型。

具体来说:一本书是玻恩、黄昆著《晶格动力学理论》,这本书被国际物理学界奉为经典;一组方程是黄昆方程;一个理论是黄-里斯(Huang-Rhys)关于多声子跃迁的理论,以及他后来统一的关于多声子无辐射跃迁的理论;一种散射是关于晶体中杂质引起的X射线散射——黄散射;一个模型是关于半导体超晶格的黄-朱模型。

这个人就是黄昆,世界著名的物理学家,中国固体和半导体物理学奠基人之一。多年来主要从事固体物理理论、半导体物理学等方面的研究, 对固体物理学做出了许多开拓性的重大贡献。

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黄昆(中科院半导体研究所图)

01.爱较真的"物理三剑客"

1919年9月2日,黄昆出生于北京。他从小就聪明好学,学习成绩优异,在潞河中学的高中三年中成绩始终是全班第一,1937年保送进入燕京大学物理系。1941年从燕京大学物理系毕业,经金属物理学家葛庭燧介绍到西南联大攻读物理系研究生。

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黄昆在燕京大学物理实验室里(中科院半导体研究所图)

在西南联大,黄昆、杨振宁和张守廉三人是同班同学还同住一间宿舍,分别师从吴大猷、王竹溪和周培源先生,被称为是物理系的三剑客。

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杨振宁(右),张守廉(中)和黄昆(左)合影 黄昆、张守廉、杨振宁合影(中科院半导体研究所图)

那时的他们都年方二十出头,三人学习思考风格迥异,但都是绝顶聪明的人,总是喜欢纵论天下、互相辩论,而爱较真的黄昆往往将话题引向极端,引发无休止的争论。"正是这些争论,使我找到了科研的感觉。"杨振宁说。

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黄昆1941年北京燕京大学毕业时留影(中国科学院网)

1944年,黄昆在西南联大研究生毕业,完成了《日冕光谱线的激起》的论文,获得了硕士学位,毕业后,留在昆明天文台任助理研究员。

1945年他考取了"庚子赔款"留英公费生,前往英国布列斯托大学,跟随莫特教授(1977年诺贝尔奖获得者)进行攻读固体物理博士学位。

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黄昆(前排左二)在英国利物浦大学做博士后时与同事们合影(前排右一为李爱扶)(中科院半导体研究所图)

三年时间中黄昆完成了多篇论文,其中一篇论文提出了固体中杂质缺陷导到X光漫散射的理论,就是著名的后来被称为"黄漫散射"理论,在国际物理界上崭露头角。多年后,莫特教授仍然认为黄昆是他最好的学生。

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黄昆与"黄——漫散射"实验的发现人德国H.PeisI博士在讨论(中科院半导体研究所图)

1948年他博士毕业后,曾在爱丁堡大学短暂停留,遇到另一位物理教授玻恩(Max Born),当时玻恩正在写一本关于晶格的量子力学的书,他年事渐高且有许多其他科研及教学杂事,自叹无力完成这部理论著作。

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黄昆在英国布列斯托大学做莫特教授的博士生(中科院半导体研究所图)

玻恩发现他不仅熟悉这门学科,且有深邃见解,便把未完成的手稿交给黄昆,希望他能合作完成此书。较真的黄昆看了书稿后,提出仅完善原书稿,还应该加上自己认为重要的部分,后来玻恩让步了,接受了这个晚辈的要求。

在给爱因斯坦的信中,玻恩写道:"书稿内容已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。"

1954年,玻恩、黄昆两人合著的后来享誉国际半个世纪的《晶格动力学理论》出版了,这本书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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1954年牛津出版社出版的《晶格动力学理论》及北京大学出版社出版的中译本(中科院半导体研究所图)

此外黄昆还连续完成了两项开拓性的学术贡献。一项是1950年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"。

另一项是1951年提出了晶体中声子与电磁波的耦合振荡模式,并提出的方程,后被称为"黄方程"和"声子极化激元"概念,这两项论文,至今仍是在这个领域工作的科学家们必引的经典文献。

02.中国有我们和没有我们,makes a difference

1951年,正在修改玻恩交给他的书稿的黄昆,收到了恩师饶毓泰的来信,邀请他到北大物理系担任教授。本就归国心切的黄昆立刻决定回国,尽管玻恩一再挽留,也没能把他留下来。回国后,他立即赴北京大学物理系任教授,开始了长达26年的教学生涯。

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1974年,黄昆、邓稼先、黄宛、周光召、杨振宁(由左至右,于北京颐和园)(中科院半导体研究所图)

黄昆回国更大的因素是自己的良心和对祖国的热爱。黄昆感到中国要想发展科学,融入世界轨道并走上前沿,必须要有莫特这样的"万人敌"式的人物。

他曾在给杨振宁的书信中写道:"我每看见Mott一个人所有的influence,就有感想。真是所谓'万人敌'的人,他由早到晚没有一刻不是充分利用。""我们衷心还是觉得,中国有我们和没有我们,makes a difference。"

黄昆认为中国若能出现几个像莫特这样的科学家,那还是很不一样的。做不到万人敌,却可以做到了万人师。黄昆就是在做这两件事——学习世界先进科学,同时教书育人。

1953年,黄昆首先为研究生开设固体理论课,主讲晶格动力学和固体电子论,同年秋天,北京大学进行院系调整,黄昆被任命为固体物理专门化教研室主任,指导教学,为中国的半导体科学和技术骨干力量的培养做出了卓越贡献。

1956年,他参与创建了中国第一个半导体物理专业,还主持本科生教学体系的创建工作,当时国内的固体物理学并没有系统的教材,他倾尽毕生所学编制了《固体物理学》,后经韩汝琦改编,截至今日仍是目前国内固体物理学最经典教材之一。

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《固体物理学》(中科院半导体研究所图)

《固体物理学》和1958年他与著名的物理学家谢希德合著的《半导体物理学》,两本著作以讲解透彻、精辟著称,在很长一段时间内成为我国固体物理和半导体物理专业学生和科研人员必读的著作。

强将手下无弱兵,在他教学期间为国家培养出200多名首批半导体专业毕业生,如学生秦国刚、甘子钊、夏建白等后来都当选为中国科学院院士,还有很多成为前沿学科的带头人,为国家半导体事业输送了大量的栋梁之材。

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1955年,北京大学第一届半导体方向毕业生和黄昆合影(中科院半导体研究所图)

03.老骥伏枥,志在千里

1977年,58岁的黄昆调任至中国科学院半导体研究所所长,重新开始科研工作。调到半导体所后,他每周花费半天的时间亲自给全所科研人员讲解半导体物理基础理论,并组织全所学术交流。在他的主持下,半导体所的半导体超晶格研究在世界上占据了一席之地。

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1987年9月,黄昆在北京中科院半导体所超晶格室学术报告厅作学术报告(新华社)

已在国际物理界沉寂了近30年的黄昆重新开始他热爱的物理学科研工作,犹如鱼入大海。1980年-1990年间,他接连发表了多篇极有分量的论文。并在1987年,与朱邦芬院士开始研究量子阱中晶格振动的问题,确立了半导体超晶格光学声子模式的理论。这一理论发现被国际学术界命名为"黄朱模型",解决了20多年来科学界在超晶格领域存在的疑难问题,在国际物理界引起了极大的关注。

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1991年,吴大猷(右),黄昆(中),杨振宁(左)在美国密歇根大学授予吴大猷先生荣誉科学博士学位的研

2001年,国家授予黄昆最高科学技术奖并获得了500万元奖金。按照当时国家的规定其中50万元属于个人,450万元用于支持科研工作,一向正直低调的黄老对此深感压力,觉得自己承受不起,该奖金直至其过世也未被动用,后来以其名义设立了"黄昆物理奖"基金会,用于奖励做出突出贡献的中国固体物理学和半导体物理学工作者们。

"渡重洋,迎朝晖,心系祖国,傲视功名富贵如草芥;攀高峰,历磨难,志兴华夏,欣闻徒子徒孙尽栋梁"。这是北京大学物理系师生在他70华诞时赠送的一幅对联,这38个字揽括了黄老才华横溢、品质高洁的一生。

半个世纪以来,他不仅在固体物理研究领域获得了巨大成就,同时,还为高等学校中普通物理、固体物理和半导体物理的教学做出了重要贡献, 培养了一批又一批国家科技栋梁之才。

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黄昆:(1919.9.2-2005.7.6)

固体物理学家

中国固体和半导体物理学奠基人之一

中国科学院院士

2001年度国家最高科学技术奖获得者

参考文献:

1.《物理》杂志38卷 (2009年)8期,《1947年4月黄昆给杨振宁的一封信》朱邦芬院士

2.《科学文化评论》第14卷第3期 《黄昆夫妇印象记 院史札记之二》姚蜀平著

新华网 《纪实:"真人"黄昆》

3.《人民日报》 (2005年07月16日 第八版) 《我所知道的黄昆先生》 屠海令

《黄昆院士生平简介》.中科院.2005-07-18

4.《追忆黄昆》.中科院.

5.《追忆物理学大师黄昆:一个非常真实的人》2005年07月18日09:41 央视《新闻会客厅》,受邀人:朱邦芬教授、郑厚植教授

6.《黄昆人物简介》中国科学院


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