他是西南聯大"物理三劍客"之一,與玻恩聯名的著作享譽國際半個世紀

他的貢獻曾被中科院院士朱邦芬概括為:一本書、一組方程、一個理論、一種散射、一個模型。

具體來說:一本書是玻恩、黃昆著《晶格動力學理論》,這本書被國際物理學界奉為經典;一組方程是黃昆方程;一個理論是黃-里斯(Huang-Rhys)關於多聲子躍遷的理論,以及他後來統一的關於多聲子無輻射躍遷的理論;一種散射是關於晶體中雜質引起的X射線散射——黃散射;一個模型是關於半導體超晶格的黃-朱模型。

這個人就是黃昆,世界著名的物理學家,中國固體和半導體物理學奠基人之一。多年來主要從事固體物理理論、半導體物理學等方面的研究, 對固體物理學做出了許多開拓性的重大貢獻。

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黃昆(中科院半導體研究所圖)

01.愛較真的"物理三劍客"

1919年9月2日,黃昆出生於北京。他從小就聰明好學,學習成績優異,在潞河中學的高中三年中成績始終是全班第一,1937年保送進入燕京大學物理系。1941年從燕京大學物理系畢業,經金屬物理學家葛庭燧介紹到西南聯大攻讀物理系研究生。

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黃昆在燕京大學物理實驗室裡(中科院半導體研究所圖)

在西南聯大,黃昆、楊振寧和張守廉三人是同班同學還同住一間宿舍,分別師從吳大猷、王竹溪和周培源先生,被稱為是物理系的三劍客。

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楊振寧(右),張守廉(中)和黃昆(左)合影 黃昆、張守廉、楊振寧合影(中科院半導體研究所圖)

那時的他們都年方二十出頭,三人學習思考風格迥異,但都是絕頂聰明的人,總是喜歡縱論天下、互相辯論,而愛較真的黃昆往往將話題引向極端,引發無休止的爭論。"正是這些爭論,使我找到了科研的感覺。"楊振寧說。

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黃昆1941年北京燕京大學畢業時留影(中國科學院網)

1944年,黃昆在西南聯大研究生畢業,完成了《日冕光譜線的激起》的論文,獲得了碩士學位,畢業後,留在昆明天文臺任助理研究員。

1945年他考取了"庚子賠款"留英公費生,前往英國佈列斯托大學,跟隨莫特教授(1977年諾貝爾獎獲得者)進行攻讀固體物理博士學位。

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黃昆(前排左二)在英國利物浦大學做博士後時與同事們合影(前排右一為李愛扶)(中科院半導體研究所圖)

三年時間中黃昆完成了多篇論文,其中一篇論文提出了固體中雜質缺陷導到X光漫散射的理論,就是著名的後來被稱為"黃漫散射"理論,在國際物理界上嶄露頭角。多年後,莫特教授仍然認為黃昆是他最好的學生。

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黃昆與"黃——漫散射"實驗的發現人德國H.PeisI博士在討論(中科院半導體研究所圖)

1948年他博士畢業後,曾在愛丁堡大學短暫停留,遇到另一位物理教授玻恩(Max Born),當時玻恩正在寫一本關於晶格的量子力學的書,他年事漸高且有許多其他科研及教學雜事,自嘆無力完成這部理論著作。

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黃昆在英國佈列斯托大學做莫特教授的博士生(中科院半導體研究所圖)

玻恩發現他不僅熟悉這門學科,且有深邃見解,便把未完成的手稿交給黃昆,希望他能合作完成此書。較真的黃昆看了書稿後,提出僅完善原書稿,還應該加上自己認為重要的部分,後來玻恩讓步了,接受了這個晚輩的要求。

在給愛因斯坦的信中,玻恩寫道:"書稿內容已完全超越了我的理論。我能懂得年輕的黃昆以我們兩人名義所寫的東西,就很高興了。"

1954年,玻恩、黃昆兩人合著的後來享譽國際半個世紀的《晶格動力學理論》出版了,這本書成為該學科領域的第一部權威專著和標準參考文獻。

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1954年牛津出版社出版的《晶格動力學理論》及北京大學出版社出版的中譯本(中科院半導體研究所圖)

此外黃昆還連續完成了兩項開拓性的學術貢獻。一項是1950年與後來成為他妻子的里斯(A.Rhys,中文名李愛扶)共同提出的"黃-里斯理論"。

另一項是1951年提出了晶體中聲子與電磁波的耦合振盪模式,並提出的方程,後被稱為"黃方程"和"聲子極化激元"概念,這兩項論文,至今仍是在這個領域工作的科學家們必引的經典文獻。

02.中國有我們和沒有我們,makes a difference

1951年,正在修改玻恩交給他的書稿的黃昆,收到了恩師饒毓泰的來信,邀請他到北大物理系擔任教授。本就歸國心切的黃昆立刻決定回國,儘管玻恩一再挽留,也沒能把他留下來。回國後,他立即赴北京大學物理系任教授,開始了長達26年的教學生涯。

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1974年,黃昆、鄧稼先、黃宛、周光召、楊振寧(由左至右,於北京頤和園)(中科院半導體研究所圖)

黃昆回國更大的因素是自己的良心和對祖國的熱愛。黃昆感到中國要想發展科學,融入世界軌道並走上前沿,必須要有莫特這樣的"萬人敵"式的人物。

他曾在給楊振寧的書信中寫道:"我每看見Mott一個人所有的influence,就有感想。真是所謂'萬人敵'的人,他由早到晚沒有一刻不是充分利用。""我們衷心還是覺得,中國有我們和沒有我們,makes a difference。"

黃昆認為中國若能出現幾個像莫特這樣的科學家,那還是很不一樣的。做不到萬人敵,卻可以做到了萬人師。黃昆就是在做這兩件事——學習世界先進科學,同時教書育人。

1953年,黃昆首先為研究生開設固體理論課,主講晶格動力學和固體電子論,同年秋天,北京大學進行院系調整,黃昆被任命為固體物理專門化教研室主任,指導教學,為中國的半導體科學和技術骨幹力量的培養做出了卓越貢獻。

1956年,他參與創建了中國第一個半導體物理專業,還主持本科生教學體系的創建工作,當時國內的固體物理學並沒有系統的教材,他傾盡畢生所學編制了《固體物理學》,後經韓汝琦改編,截至今日仍是目前國內固體物理學最經典教材之一。

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《固體物理學》(中科院半導體研究所圖)

《固體物理學》和1958年他與著名的物理學家謝希德合著的《半導體物理學》,兩本著作以講解透徹、精闢著稱,在很長一段時間內成為我國固體物理和半導體物理專業學生和科研人員必讀的著作。

強將手下無弱兵,在他教學期間為國家培養出200多名首批半導體專業畢業生,如學生秦國剛、甘子釗、夏建白等後來都當選為中國科學院院士,還有很多成為前沿學科的帶頭人,為國家半導體事業輸送了大量的棟樑之材。

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1955年,北京大學第一屆半導體方向畢業生和黃昆合影(中科院半導體研究所圖)

03.老驥伏櫪,志在千里

1977年,58歲的黃崑調任至中國科學院半導體研究所所長,重新開始科研工作。調到半導體所後,他每週花費半天的時間親自給全所科研人員講解半導體物理基礎理論,並組織全所學術交流。在他的主持下,半導體所的半導體超晶格研究在世界上佔據了一席之地。

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1987年9月,黃昆在北京中科院半導體所超晶格室學術報告廳作學術報告(新華社)

已在國際物理界沉寂了近30年的黃昆重新開始他熱愛的物理學科研工作,猶如魚入大海。1980年-1990年間,他接連發表了多篇極有分量的論文。並在1987年,與朱邦芬院士開始研究量子阱中晶格振動的問題,確立了半導體超晶格光學聲子模式的理論。這一理論發現被國際學術界命名為"黃朱模型",解決了20多年來科學界在超晶格領域存在的疑難問題,在國際物理界引起了極大的關注。

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1991年,吳大猷(右),黃昆(中),楊振寧(左)在美國密歇根大學授予吳大猷先生榮譽科學博士學位的研

2001年,國家授予黃昆最高科學技術獎並獲得了500萬元獎金。按照當時國家的規定其中50萬元屬於個人,450萬元用於支持科研工作,一向正直低調的黃老對此深感壓力,覺得自己承受不起,該獎金直至其過世也未被動用,後來以其名義設立了"黃昆物理獎"基金會,用於獎勵做出突出貢獻的中國固體物理學和半導體物理學工作者們。

"渡重洋,迎朝暉,心繫祖國,傲視功名富貴如草芥;攀高峰,歷磨難,志興華夏,欣聞徒子徒孫盡棟樑"。這是北京大學物理系師生在他70華誕時贈送的一幅對聯,這38個字攬括了黃老才華橫溢、品質高潔的一生。

半個世紀以來,他不僅在固體物理研究領域獲得了巨大成就,同時,還為高等學校中普通物理、固體物理和半導體物理的教學做出了重要貢獻, 培養了一批又一批國家科技棟樑之才。

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黃昆:(1919.9.2-2005.7.6)

固體物理學家

中國固體和半導體物理學奠基人之一

中國科學院院士

2001年度國家最高科學技術獎獲得者

參考文獻:

1.《物理》雜誌38卷 (2009年)8期,《1947年4月黃昆給楊振寧的一封信》朱邦芬院士

2.《科學文化評論》第14卷第3期 《黃昆夫婦印象記 院史札記之二》姚蜀平著

新華網 《紀實:"真人"黃昆》

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

《黃昆院士生平簡介》.中科院.2005-07-18

4.《追憶黃昆》.中科院.

5.《追憶物理學大師黃昆:一個非常真實的人》2005年07月18日09:41 央視《新聞會客廳》,受邀人:朱邦芬教授、鄭厚植教授

6.《黃昆人物簡介》中國科學院


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