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黃昆:中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)、固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)家


黃昆(1919年9月2日—2005年7月6日),出生于北京,祖籍浙江嘉興。固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)家。1955年被選聘為中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。1957年加入九三學(xué)社。

黃昆父親黃徵是中國銀行高級(jí)職員,母親賀延祉也是銀行職員。母親畢業(yè)于北京女子師范大學(xué),為人嚴(yán)肅認(rèn)真,對(duì)黃昆少年時(shí)期的成長,有過很大的影響。黃昆小學(xué)就讀北師大附小、上海光華小學(xué),中學(xué)在燕大附中、北京通縣潞河中學(xué)度過。黃昆從小聰明好學(xué),學(xué)習(xí)成績優(yōu)異,高中三年成績始終是全班第一。1937年,黃昆考入燕京大學(xué)物理系,1941年畢業(yè)。在大學(xué)期間,他對(duì)世界上新興的量子力學(xué)產(chǎn)生了癡迷的愛好,完成了“海森堡和薛定鍔量子力學(xué)理論的等價(jià)性”論文,榮獲學(xué)士學(xué)位。畢業(yè)后在昆明西南聯(lián)合大學(xué)物理系任助教。1942年,黃昆考取西南聯(lián)大理論物理研究生,導(dǎo)師為物理學(xué)家吳大猷。1944年,黃昆完成了題目為“日冕光譜線的激起”的論文,獲北京大學(xué)碩士學(xué)位。畢業(yè)后,在昆明天文臺(tái)任助理研究員。1944年8月,黃昆考取公費(fèi)留英,在英國布里斯托大學(xué)讀研究生,1947年獲博士學(xué)位。在此期間,黃昆撰寫了“稀固溶體的X光漫散射”等3篇論文。黃昆給出了這種漫散射系統(tǒng)理論,21年后得到證實(shí),理論被國際科技界命名為“黃散射”,成為研究固體中雜質(zhì)狀態(tài)的重要依據(jù)。通過黃散射的研究可以得到溶質(zhì)原子周圍位移場的情況。1947年5月,黃昆到英國愛丁堡大學(xué)物理系,與當(dāng)代物理學(xué)大師、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者M(jìn)玻恩(Born)合作,共同撰寫《晶格動(dòng)力學(xué)理論》專著。在玻恩為該書寫的序言中提到“本書之最終形式和撰寫應(yīng)基本上歸功于黃昆博士”。黃昆與玻恩合著的《晶格動(dòng)力學(xué)理論》一書是國際公認(rèn)的這一學(xué)科領(lǐng)域的權(quán)威著作,哺育了世界上幾代科學(xué)家的成長。1948年初,黃昆接受英國利物浦大學(xué)理論物理系主任佛羅利希(Frohich)的聘請(qǐng),成為該系的博士后研究員。在利物浦大學(xué)工作期間,黃昆在科學(xué)事業(yè)上取得了豐碩的成果。他特別關(guān)注固體發(fā)光中心、半導(dǎo)體深能級(jí)等區(qū)域電子態(tài)、晶格原子的平衡位移和晶格中電子間相互作用。1950年黃昆與合作者首次提出了多聲子的輻射和無輻射躍遷的量子理論,即“黃—佩卡爾理論”。1951年黃昆首次提出了晶體中聲子與電磁波的耦合振蕩模式及有關(guān)的基本方程。

1963年被拉曼散射實(shí)驗(yàn)所證實(shí),被命名為電磁聲子,后來發(fā)現(xiàn)其他物質(zhì)振動(dòng)也有類似的與電磁波的耦合振蕩模式,統(tǒng)稱為極化激元。現(xiàn)在極化激元已經(jīng)成為分析固體某些光學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ),黃昆當(dāng)時(shí)提出的方程,被稱為“黃方程”。1951年黃昆回國,到北京大學(xué)物理系任教。黃昆在利物浦大學(xué)期間,結(jié)識(shí)了英國女同事A里斯(Rhys),并建立了誠摯深厚的友誼。1952年4月,里斯來到中國,與黃昆結(jié)婚,后也在北京大學(xué)物理系工作。在北京大學(xué),黃昆先后任北京大學(xué)物理系教授、副主任,半導(dǎo)體教研室主任。他與其他教學(xué)人員一起,建立了有中國特色的普通物理教學(xué)體系。他們強(qiáng)調(diào)立論要嚴(yán)謹(jǐn)、物理圖像要清晰、講授要深入淺出。直到現(xiàn)在,北大理科基礎(chǔ)教學(xué)還發(fā)揚(yáng)著他們講課的傳統(tǒng)。1956年,國家制訂了十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃,把半導(dǎo)體列為國家重點(diǎn)科技研究項(xiàng)目。黃昆和其他科學(xué)家一起,制訂了我國發(fā)展半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的規(guī)劃并組織其實(shí)施,成為我國半導(dǎo)體物理學(xué)科的開創(chuàng)者之一。20世紀(jì)60年代初期,在當(dāng)時(shí)國家科委領(lǐng)導(dǎo)下,黃昆及時(shí)提出了應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的意見,并率先在北京大學(xué)組織了固體物理領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究——固體能譜研究,建立了研究室和實(shí)驗(yàn)室。

在工作中他強(qiáng)調(diào)理論研究與實(shí)驗(yàn)結(jié)合,理論研究與發(fā)展新材料、新器件結(jié)合,推動(dòng)了全國固體物理基礎(chǔ)研究的發(fā)展。他還建議把固體物理列為我國物理專業(yè)的一門基礎(chǔ)課,作為物理專業(yè)課程設(shè)置上最顯著的一項(xiàng)改革,以趕上當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐。他親自主講了這門課,編著出版了《固體物理學(xué)》。這些措施對(duì)我國固體物理的研究和教學(xué),起了重要的作用。十年動(dòng)亂期間,黃昆和大多數(shù)知名科學(xué)家一樣,受到了不公正的待遇,但是他總是努力為黨、為祖國、為社會(huì)主義事業(yè)做盡可能多的工作。他傾注了大量的心血,先后編寫出《半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)》和《晶體管—晶體管數(shù)字集成電路》。1977年,黃昆調(diào)任中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所所長。他在組織全所科研工作,完成國家任務(wù)的同時(shí),十分重視全所學(xué)術(shù)水平的提高。他親自給研究人員講課,組織全所的學(xué)術(shù)交流。他還在“晶體中電子非輻射躍遷理論”、“半導(dǎo)體量子阱和超晶格理論”的研究上取得了新的成就,發(fā)表論文20余篇。在黃昆主持下,半導(dǎo)體研究所成立了我國半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開創(chuàng)并發(fā)展了我國在這一材料科學(xué)和固體物理中的嶄新領(lǐng)域的研究工作。黃昆不僅是一位優(yōu)秀的科學(xué)家,也是一位優(yōu)秀的教育家。他對(duì)新中國高等院校物理專業(yè)的發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。他在普通物理課程體系、半導(dǎo)體物理教育體系以及固體物理等課程的教學(xué)建設(shè)方面做出了一系列奠基性的工作,為國家培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的科技人才。黃昆十分重視教材的建設(shè)。

他一向認(rèn)為:“對(duì)于科學(xué)著作,特別是具有教材性質(zhì)的書籍,一項(xiàng)起碼的要求是問題的講解必須明確具體、基本概念和理論的闡述必須明確。”黃昆編著的《半導(dǎo)體物理學(xué)》(與謝希德合著)和《固體物理學(xué)》就是以講解透徹精辟而著稱?!栋雽?dǎo)體物理學(xué)》一書從理論上深入闡述了半導(dǎo)體中十分廣泛的物理現(xiàn)象,這樣的著作在國內(nèi)外都是第一部。這兩本著作成為我國固體物理和半導(dǎo)體物理專業(yè)學(xué)生和研究人員必讀的著作。黃昆是我國半導(dǎo)體物理學(xué)科教育事業(yè)的開創(chuàng)者之一。1955年中國物理學(xué)會(huì)在北京舉辦了一個(gè)半導(dǎo)體報(bào)告會(huì),主講人是黃昆、王守武、洪朝生、湯定元4位教授。然后,黃昆和他們一起在北大第一次講授了半導(dǎo)體物理課。為了更多、更迅速培養(yǎng)從事發(fā)展半導(dǎo)體事業(yè)的專業(yè)人員,1956年暑期,北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)和吉林大學(xué)五校,在北京大學(xué)聯(lián)合開辦我國第一個(gè)半導(dǎo)體專業(yè),黃昆任主任、謝希德為副主任。在黃昆、謝希德領(lǐng)導(dǎo)下,五校師生團(tuán)結(jié)協(xié)作,先后開設(shè)了固體物理、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體材料、晶體管電路、半導(dǎo)體器件等全面的半導(dǎo)體專業(yè)課程,并于1957年和1958年,培養(yǎng)出了200多名首批半導(dǎo)體專業(yè)的畢業(yè)生。這200余名畢業(yè)生,成為我國新興半導(dǎo)體事業(yè)的第一批骨干。對(duì)我國從我到有建立和發(fā)展半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)工業(yè)體系起了重要作用。隨后,全國許多高校紛紛仿效成立了半導(dǎo)體專業(yè),還建立了研究所和生產(chǎn)半導(dǎo)體材料和器件的車間,使我國半導(dǎo)體學(xué)科和半導(dǎo)體技術(shù)獨(dú)立自主地發(fā)展起來。近20多年來,隨著固體工藝技術(shù)的發(fā)展,人們已能用不同的半導(dǎo)體材料,按預(yù)定的設(shè)計(jì)制成周期性的層狀結(jié)構(gòu),層的厚度是與電子的德布羅意波長相當(dāng)而遠(yuǎn)小于載流子的平均自由程,這樣就開辟了材料科學(xué)和固體物理中一個(gè)嶄新的領(lǐng)域:半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體超晶格。黃昆很早就認(rèn)識(shí)到這一新的發(fā)展的重大理論意義和可能的重大實(shí)用價(jià)值,并指導(dǎo)中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所開展這一領(lǐng)域的研究工作?,F(xiàn)在半導(dǎo)體研究所已成立了我國的半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,建立了包括分子束外延生長異質(zhì)結(jié)構(gòu)和超晶格、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和超晶格的結(jié)構(gòu)研究、光學(xué)性質(zhì)研究和輸運(yùn)性質(zhì)研究等方面的研究組,產(chǎn)生了一批高質(zhì)量的研究成果。

黃昆還親自組織了半導(dǎo)體超晶格的理論研究,發(fā)表了10多篇科學(xué)論文。他和他的學(xué)生詳細(xì)地分析了Ⅲ*.Ⅴ族化合物的量子阱和超晶格的空穴帶的電子狀態(tài),發(fā)展了一種適用于超晶格結(jié)構(gòu)的簡單有效的計(jì)算方法,從而對(duì)量子阱和超晶格結(jié)構(gòu)中空穴子帶的性質(zhì)、價(jià)帶雜化和外加電場等對(duì)量子阱和超晶格中激子吸收的影響作了理論計(jì)算。他和他的學(xué)生又系統(tǒng)地研究了超晶格中的長波光學(xué)振動(dòng)模式,指出流行的連續(xù)介電模型的結(jié)果是不對(duì)的,基于他在1951年提出的偶極振子晶格模型,他們提出了一個(gè)能描述迄今了解的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的理論模型,得到了在一維和二維的量子系統(tǒng)中縱向光學(xué)振動(dòng)和橫向光學(xué)振動(dòng)的類體模的正確的描述。他們的這項(xiàng)工作將對(duì)理解半導(dǎo)體超晶格的光學(xué)性質(zhì)、光散射效應(yīng)、電子和格波的相互作用起重要的作用。黃昆與朱邦芬提出的超晶格光學(xué)聲子模式,被稱為“黃—朱模型”。

黃昆是一位國際知名的固體物理學(xué)家,取得多項(xiàng)國際水平的成果,有著巨大的貢獻(xiàn)和巨大的影響。他被選為第三世界科學(xué)院院士、瑞典皇家科學(xué)院院士。1959年,他參加了第一屆全國群英會(huì),1959年參加中國共產(chǎn)黨,被評(píng)為中央國家機(jī)關(guān)優(yōu)秀黨員,全國勞動(dòng)模范。1963年當(dāng)選為第三屆全國人民代表大會(huì)代表,連續(xù)當(dāng)選五、六、七、八屆全國政協(xié)常務(wù)委員。在2001年國家科技獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)選中,黃昆獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),贏得了我國科學(xué)技術(shù)界最高的榮譽(yù),江澤民主席親自為黃昆院士頒發(fā)了證書。

  黃昆院士主要論著