湯定元:中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)、紅外物理學(xué)家

來源:????時間:2007-07-06

 

湯定元(1920年5月12日—),出生于江蘇省金壇縣。紅外物理學(xué)家。1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1957年加入九三學(xué)社。

九三學(xué)社第八屆中央委員會委員。湯定元的父親是鄉(xiāng)村私塾先生,對他進(jìn)行了啟蒙教育。1930年秋,湯定元進(jìn)縣城讀小學(xué)五年級。僅讀了一年,因遇上特大洪水,農(nóng)村顆粒無收,失學(xué)在家。1932年春,湯定元到縣城讀中學(xué)。初中畢業(yè)后,考進(jìn)無錫師范學(xué)校。在無錫師范讀了兩年,抗日戰(zhàn)爭爆發(fā),他與同學(xué)靠沿路“求乞”步行到武漢,住進(jìn)難民收容所。1938年4月,被國民黨教育部收留,分到國立四川中學(xué)師范部繼續(xù)學(xué)習(xí)。僅讀了三個月,1938年7月就從師范部畢業(yè),留在學(xué)校等待分配。而后他考上了重慶中央大學(xué)物理系。1942年畢業(yè),留校任助教。他和剛回國的趙廣增先生一起,進(jìn)行氣體放電研究,經(jīng)過一年多的潛心研究,終于完成了氣體放電中電子溫度分布的測量工作。

湯定元的名字第一次出現(xiàn)在美國《物理評論》上(1945)。1948年,湯定元通過考試公費(fèi)留學(xué)美國,先入明尼蘇達(dá)大學(xué),后轉(zhuǎn)入芝加哥大學(xué)物理系,1950年獲芝加哥大學(xué)物理碩士學(xué)位。在芝加哥大學(xué)學(xué)習(xí)期間,他同時也在學(xué)校高壓物理實驗室工作,在A.W.Lawson教授指導(dǎo)下研究高壓相變。他以金屬鈹(Be)作高壓容器,研究X—射線通過鈹容器攝取高壓下樣品的粉末衍射像。湯定元在工作中發(fā)現(xiàn):金屬鈰(Ce)的晶體結(jié)構(gòu)在高壓(約大于12千巴)下仍保持大氣壓下的面心立方,但體積突變165%。在原子周期表中,鈰是鑭系稀土類元素中第一個有4f態(tài)的元素,壓力的作用可解釋成4f電子被“擠入”內(nèi)部的空5d態(tài)——一種新穎相變!這一成果立即得到有關(guān)方面的重視,包括兩位諾貝爾獎金獲得者P.W.Bridgman和L.Pauling的重視。之后,他又研制成金剛石高壓容器,得到25千巴的壓力。這個金剛石高壓容器現(xiàn)已發(fā)展成為國際上高壓物理研究室中的重要儀器,耐高壓可超過1000千巴。湯定元取得碩士學(xué)位之后,繼續(xù)做博士論文工作,研究方向是利用這個新的高壓容器研究碳酸鈣(CaCO3)的相變,這對地質(zhì)學(xué)有重要意義。1950年底,朝鮮戰(zhàn)爭發(fā)生,湯定元越發(fā)想念祖國,他經(jīng)常想:論文做完又有什么意義呢?博士學(xué)位對我有什么用呢?不如早日回國,參加祖國的建設(shè)事業(yè)。經(jīng)過2個多月的考慮,他決定放棄學(xué)位,在1951年6月初,他懷著滿腔報國的熱情,回到日夜思念的祖國。

湯定元回國后,先后在中國科學(xué)院應(yīng)用物理研究所(1958年改名為物理研究所)、半導(dǎo)體研究所、上海技術(shù)物理研究所工作,1962年任研究員。他曾任上海技術(shù)物理所所長,現(xiàn)任該所研究員,紅外物理國家重點(diǎn)實驗室學(xué)術(shù)委員會委員。

1956年下半年,湯定元在物理研究所半導(dǎo)體研究室進(jìn)行鍺的區(qū)域提純的工作,并對鍺光電導(dǎo)光譜分布做了測量研究,用表面復(fù)合速度定量地解釋了鍺光導(dǎo)光譜分布的形狀,提出了研究表面復(fù)合速度的方法,并用實驗證明實表面復(fù)合在光電過程中的重要作用。1957年,在民主德國召開的國際固體物理會議上,他宣讀了研究成果,引起很大反響。

湯定元在我國開創(chuàng)了窄禁帶半導(dǎo)體分支學(xué)科。1978年后,湯定元預(yù)計到碲鎘汞紅外探測器在今后紅外技術(shù)發(fā)展中的重要性,在上海技術(shù)物理所帶領(lǐng)一個科研群體,對碲鎘汞晶體材料、器件及物理性能進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究,在國內(nèi)外發(fā)表了一百多篇學(xué)術(shù)論文,涉及碲鎘汞半導(dǎo)體的能帶參數(shù)、光學(xué)常數(shù)、雜質(zhì)缺陷、材料物理和器件物理等諸多方面。其中有16項成果被收入國際權(quán)威的科學(xué)手冊《Landolt. Boernstein: Numerical Data and Functional Relationship in Science and Technology》 Ⅲ/41B卷中(德國Springer出版社1999年版)。

從1958年12月起,湯定元帶領(lǐng)科技人員從事硫化鉛紅外探測器的研制工作,經(jīng)過艱苦努力,研制出性能優(yōu)良的硫化鉛紅外探測器。同時建立起一套測試設(shè)備,包括黑體響應(yīng)率、噪聲頻譜、光譜響應(yīng)等。這套測試系統(tǒng)后來成為國內(nèi)建立紅外探測器實驗室的樣板。在此期間,湯定元等還編譯出版了《紅外光電探測器及其材料》一書,為中國紅外技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

湯定元開創(chuàng)和參與多種器件的研究,包括太陽能電池、溫差電制冷器、硅PIN結(jié)粒子計數(shù)器、硫化鉛紅外探測器、熱敏電阻紅外探測器、銻化銦、鍺摻汞和碲鎘汞紅外探測器,以及紅外焦平面列陣紅外探測器。這些器件先后用于各種軍用和工業(yè)裝備、科研設(shè)備,以及航天航空遙感系統(tǒng),為我國“兩彈一星”的研制做出了突出貢獻(xiàn)。

湯定元十分重視科普教育,他認(rèn)為科學(xué)研究與普及教育,是一個國家科學(xué)發(fā)展的雙翼。他認(rèn)為,把科學(xué)成就告訴普通老百姓是科學(xué)家應(yīng)盡的責(zé)任。早在20世紀(jì)50至60年代,他就寫了不少科普文章。在他的科普文章中,《天壇中的幾個建筑物聲學(xué)問題》一文在社會上產(chǎn)生了很大的影響。湯定元對天壇公園中回音壁、三音石、圜丘聲學(xué)現(xiàn)象的形成機(jī)理提出了科學(xué)假說,從科學(xué)上解釋了四百多年來人們迷惑不解的天壇奇異聲學(xué)問題。此文為《中國古代科學(xué)成就》和《中國科學(xué)技術(shù)史稿》等書詳細(xì)引用。他在這篇科普文章中的科學(xué)假說,于1995年被國家自然科學(xué)基金項目詳細(xì)測量所證實。

“文革”結(jié)束后,科學(xué)的春天來了。湯定元組織編寫了一本《紅外技術(shù)——基礎(chǔ)與應(yīng)用》的科學(xué)普及讀物,發(fā)行了近5萬本。1985年后,他參加紅外輻射加熱技術(shù)研討會,了解到這一重要的節(jié)能技術(shù)在我國發(fā)展中所遇到的一些問題,就決定寫一本《紅外輻射加熱技術(shù)》的科普讀物,闡明輻射加熱的基本原理。湯定元認(rèn)為,直接從事這項工作的工人及技術(shù)人員,如能理解輻射加熱的實質(zhì)內(nèi)容,就能發(fā)揮出主動性和創(chuàng)造性,就能為國家更有效地節(jié)約能源。通過幾十年的科學(xué)研究,湯定元認(rèn)為,對于科學(xué)事業(yè)的發(fā)展,始終應(yīng)當(dāng)持孜孜以求的態(tài)度,不能有絲毫的懈怠??茖W(xué)工作者應(yīng)當(dāng)有三部曲:第一是實踐,從實踐接觸研究對象的本質(zhì);第二是理論總結(jié),閱讀文獻(xiàn),借鑒他人的經(jīng)驗,豐富自己的理論;第三是孕育新的知識,促使新成果的產(chǎn)生??茖W(xué)事業(yè)猶如波瀾壯闊的大江,后浪推前浪,個人只是蒼海中之一粟。

  湯定元院士主要論著