湯定元(1920年5月12日—2019年6月3日),出生于江蘇省金壇縣。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,第十一屆中央委員會顧問。
湯定元的父親是鄉(xiāng)村私塾先生,對他進行了啟蒙教育。1930年秋,湯定元進縣城讀小學(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。而后他考入重慶中央大學(xué)物理系。1942年畢業(yè),留校任助教。他和剛回國的趙廣增一起,進行氣體放電研究。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》(1945)上。
1948年,湯定元通過考試公費留學(xué)美國,先入明尼蘇達大學(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AWLawson教授指導(dǎo)下研究高壓相變。他以金屬鈹(Be)做高壓容器,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165%。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PWBridgman和LPauling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)爭爆發(fā),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)過兩個多月的考慮,他決定放棄學(xué)位,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)體研究室、上海技術(shù)物理研究所工作,1962年任研究員。他歷任上海技術(shù)物理所所長,紅外物理國家重點實驗室學(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)體研究室進行鍺的區(qū)域提純,并對鍺光電導(dǎo)光譜分布做測量研究,用表面復(fù)合速度定量地解釋鍺光導(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、器件及物理性能進行了全面系統(tǒng)的研究,在國內(nèi)外發(fā)表了100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LandoltBoernstein:NumericalDataandFunctionalRelationshipinScienceandTechnologyⅢ/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)進一步發(fā)展打下了良好基礎(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工、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。
湯定元十分重視科普教育,他認為科學(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世紀五六十年代,他就寫了不少科普文章。在他的科普文章中,《天壇中幾個建筑物的聲學(xué)問題》一文在社會上產(chǎn)生了很大影響。湯定元對天壇公園中回音壁、三音石、圜丘聲學(xué)現(xiàn)象的形成機理提出了科學(xué)假說,從科學(xué)上解釋了400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。
湯定元認為,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,借鑒他人的經(jīng)驗,豐富自己的理論;第三是孕育新知識,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。
主要論著
1Tang Dingyuan,AWLawson,Concerning the High Pressure Allotropic Modification of Cerium,PhysRev,1949,76(301).
2Tang Dingyuan,AWLawson,A Diamond Bomb for Obtaining Powder Picture at High Pressure,RevScientInstr,1950,21(815).
3湯定元,天壇中幾個建筑物的聲學(xué)問題,科學(xué)通報,1953,2(50)。
4湯定元,表面復(fù)合速度對于鍺的光電導(dǎo)光譜分布的影響,物理學(xué)報,1957,13(421); Scientia Sinica,1958,7(165)。
5湯定元、黃啟圣,銻化銦中載流子的復(fù)合過程,物理學(xué)報,1965,21(1038)。
6湯定元、沈杰,Hg080Cd020Te在液線溫度的汞汽壓,科學(xué)通報,1981,26(593)。
7Tang Dingyuan,Chu Junhao,On the Energy Gap Versus,Alloy Composition and Temperature in Hg1-xCdx Te,ApplPbysLett,1983,43(1964).
8湯定元、褚君浩等,非拋物型能帶半導(dǎo)體Hg1-x Cdx Te的本征載流子濃度,紅外研究, 1983,2。
9Tang Dingyuan,Research on IR Physics in China,Infrared Physics,1985,25 (3).
10Tang Dingyuan,Zheng Guozhen,Acceptor Levels in Zerogap Hg1-x Cdx Te Crystals,Chinese PhysLett,1986,3(425).
11湯定元、鄭國珍,nHg1-x Cdx Te的Shubnikovde Heas 振蕩,物理學(xué)報,1987, 36(114)。
12湯定元、鄭國珍等,零禁帶,Hg1-xCdx Te受主雜質(zhì)帶導(dǎo)電,中國科學(xué)(A輯),1987, 6(606)。
13Tang Dingyuan,Zheng Guozhen,Longitudinal Magnetophonon Resonance in nHg1-xCdx TeChinese Jof Infrared Research,1987,6B(33).
14Tang Dingyuan,Yu Zhenzhong,Optical Absorption in Low Ptype Hg080Cd020Te Alloys,SPIE1987,797(171).
15湯定元、林和,窄禁帶半導(dǎo)體的PN結(jié)的間接隧道電容,半導(dǎo)體學(xué)報,1988,9(48)。
16湯定元、童斐明等,Hg1-x Cdx Te MIS器件的(1)CV特性和(2)GV特性,紅外研究, 1988,7(89);1989,8(401)。
17湯定元、鄭國珍等,L3He溫度下Hg1-xCdx Te的量子輸運特性,紅外研究,1989,8(139) 。
18湯定元,Hg1-x Cdx Te三元半導(dǎo)體的研究,中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所三十周年紀 念論文集(上),1989。
19湯定元,光電器件概論,上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社,1989(集體寫作)。
20湯定元,窄禁帶半導(dǎo)體紅外探測器,半導(dǎo)體研究與進展,科學(xué)出版社,1991(與童斐明合 作)。