中國科學院院士褚君浩:破解世界級難題,推動我國紅外傳感技術發展!
發布時間:2023-11-09 責任編輯:wenwei
【導讀】63年前,上海徐彙中學一名16歲高中生在筆記本上寫下感慨,為沒有一條以中國人命名的定律而遺憾,並決心奮發讀書、為國爭光。
若幹年後,這個少年成了那個寫定律的人。
在紅外物理領域,他在上世紀80年代提出的CXT公式和吸收係數公式成為碲鎘汞材料器件設計的重要依據,至今仍是國際上判斷紅外探測器新材料、新結構的通用公式。
他就是紅外物理學家、半導體物理和器件專家、中國科學院院士、中國科學院上海技術物理研究所研究員褚君浩。CXT公式和吸收係數公式正是以褚君浩(C)、徐世秋(X)、湯定元(T)這三位中國科學家的名字命名的。
圖說:褚君浩始終保持著對學習和閱讀的熱愛 本報記者 陶磊 攝
科研路
1 成功挑戰“不可能的任務”
如今,隻要沒有外出安排,每天9時左右,褚君浩總會出現在上海市技物所光電大樓4樓的辦公室裏。
這是間再普通不過的辦公室——右側是會客用的沙發,左側的一整排沿牆書架被塞得滿滿當當,後來者就隻能被堆放在地上。
屋子的“鎮宅之寶”,就和其他書籍、文件、紀念品一起,挨挨擠擠站在書架上。“喏,就是這幾本書。”指著幾本深藍色的原版書,褚君浩笑道。
那是全球紅外物理領域科研人員的必讀書目——其中一本是褚君浩所著的《窄禁帶半導體物理學》,作為國際上全麵綜述窄禁帶半導體有關研究成果的第一本專著,被幾十個國家的研究機構作為開展相關材料和器件研究的理論依據;另一本,則是國際權威的科學手冊《Landolt-Bornstein》,這本擁有120餘年曆史的科學手冊,涵蓋了人類科學和技術各領域的基本數據和函數關係,每隔10—15年邀請各領域最有影響力的科學家集中修訂,手冊含汞化合物部分,就是由褚君浩來編寫的。
科學史上,紅外光的發現多少帶著偶然的成分——19shijichu,yingguokexuejiahexuershejileyigeshiyanzhuangzhi,jiangtaiyangguangfenjiechengcaiseguangdai,ranhouzaibutongyanseguangdaizhongfangzhiwenduji,yiceliangguangdaizhongbutongseguangsuobaohandenengliang,zaiheshineiqitaweizhidewendujijinxingbijiao。hexueryiwaifaxian,fangzaiguangdaihongguangwaidewenduji,bishineiqitawendujidezhishizhidouyaogao。jingguofanfushiyan,tazhengshiletaiyangfachudeguangxianzhongchulekejianguangwai,haiyouyizhongkanbujiande“熱線”,由於位於紅色光外側,因而被稱之為“紅外光”。
褚(chu)君(jun)浩(hao)和(he)紅(hong)外(wai)光(guang)的(de)相(xiang)遇(yu),也(ye)是(shi)偶(ou)然(ran)。由(you)於(yu)高(gao)考(kao)語(yu)文(wen)作(zuo)文(wen)偏(pian)題(ti),他(ta)和(he)第(di)一(yi)誌(zhi)願(yuan)複(fu)旦(dan)大(da)學(xue)失(shi)之(zhi)交(jiao)臂(bi),被(bei)上(shang)海(hai)師(shi)範(fan)大(da)學(xue)錄(lu)取(qu)。然(ran)而(er),這(zhe)並(bing)未(wei)影(ying)響(xiang)他(ta)從(cong)小(xiao)對(dui)物(wu)理(li)的(de)喜(xi)愛(ai)。1978年nian,我wo國guo恢hui複fu研yan究jiu生sheng考kao試shi。中zhong國guo科ke學xue院yuan院yuan士shi嚴yan東dong生sheng很hen欣xin賞shang機ji敏min好hao學xue的de褚chu君jun浩hao,便bian推tui薦jian他ta參can加jia中zhong國guo科ke學xue院yuan上shang海hai技ji術shu物wu理li所suo的de研yan究jiu生sheng錄lu取qu考kao試shi。
當時,在上海技物所,中國半導體科學和紅外技術開拓者之一、著名紅外物理學家湯定元已經敏銳地看到,碲鎘汞是製備第三代紅外光子探測器最重要的材料,也是開展太空探測的基礎。
因(yin)此(ci),他(ta)選(xuan)擇(ze)以(yi)窄(zhai)禁(jin)帶(dai)半(ban)導(dao)體(ti)碲(di)鎘(ge)汞(gong)作(zuo)為(wei)主(zhu)攻(gong)方(fang)向(xiang),親(qin)自(zi)組(zu)建(jian)團(tuan)隊(dui)開(kai)展(zhan)窄(zhai)禁(jin)帶(dai)半(ban)導(dao)體(ti)物(wu)理(li)基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)。然(ran)而(er),從(cong)本(ben)科(ke)到(dao)畢(bi)業(ye)後(hou)在(zai)普(pu)陀(tuo)區(qu)梅(mei)隴(long)中(zhong)學(xue)當(dang)老(lao)師(shi),褚(chu)君(jun)浩(hao)始(shi)終(zhong)偏(pian)好(hao)的(de)是(shi)理(li)論(lun)物(wu)理(li),這(zhe)一(yi)切(qie),對(dui)於(yu)當(dang)時(shi)還(hai)是(shi)紅(hong)外(wai)物(wu)理(li)的(de)“門外漢”褚(chu)君(jun)浩(hao)來(lai)說(shuo)是(shi)全(quan)新(xin)的(de)。求(qiu)學(xue)心(xin)切(qie)的(de)他(ta)想(xiang)到(dao)複(fu)旦(dan)大(da)學(xue)研(yan)究(jiu)生(sheng)錄(lu)取(qu)考(kao)試(shi)還(hai)要(yao)晚(wan)半(ban)年(nian)才(cai)舉(ju)行(xing),便(bian)決(jue)定(ding)去(qu)試(shi)試(shi)。憑(ping)借(jie)本(ben)科(ke)學(xue)習(xi)打(da)下(xia)的(de)堅(jian)實(shi)基(ji)礎(chu),他(ta)自(zi)學(xue)了(le)黃(huang)昆(kun)和(he)謝(xie)希(xi)德(de)的(de)《半導體物理學》,以90分的高分通過了考試,師從湯定元先生,踏上了紅外物理科研之路。
湯定元給褚君浩布置的是一項“看似不可能”的任務——celiangchudigegonghongwaibenzhengguangxishouguangpu。zhezaidangshishiyigeshijiejinanti,shangwurengongke。yaozuochudigegonghongwaibenzhengguangxishouguangpu,shouxianjiuxuyaozhibeichudaliangdigegongboyangpin,laijiejueruhecelianggaoxishouxishudewenti。ranerzhezhongyangpinjiageanggui,zhijiagaidaxiaojiuxuyaoshangqianmeiyuan。lingchujunhaogandongdeshi,yanjiusuoqitaxiaozuzaishengchangzhezhongcailiao,tamenhaowubaoliudigongxianchuzijideziyuanchulai,jiheyiqieliliang,bangzhuchujunhaokaizhancong“0”到“1”的突破。
“當時那些樣品袋我都保存著。”指了指書櫃,褚君浩說。雖然紙袋早已空空蕩蕩,但卻盛滿了科研人攜手合作的情誼。
圖說:褚君浩在技術創新論壇上作報告 采訪對象供圖
2 帶著學生一起向前跑
宇宙蒼穹,紅外光雖然無法用肉眼看見,但時時刻刻幫助人們洞察世界的真相。照向國之重器,也直抵民生所需。有了它的助力,“玉兔號”月球車和“祝融號”火星車得以睜開“眼睛”,探測星球表麵的物質成分;風雲衛星能夠實時采集數據,為大氣做“CT”,追蹤台風飄忽不定的軌跡;救援人員能探測山林大火之後哪裏還有生命留存……
為了“看見”這道光,更為了讓這道光為國為民所用,褚君浩已經奮鬥了半個多世紀。他坦言,上世紀80年代初曾有機會赴美攻讀博士,且一年的津貼是留在國內的20倍。不過,要轉攻其他領域。聽取了湯定元先生建議,褚君浩選擇了留在技物所。
“紅外技術是買不到的。經過幾十年自立自強研究發展。從上世紀90年代開始,我們已經不再受技術‘卡脖子’的影響,構建了從基礎研究、應用研究到工程應用的獨立體係。”褚君浩祖籍江蘇宜興,從小生活在上海,言談中帶著軟糯的南方口音,但是,講到紅外技術的發展前景,他的語氣鏗鏘有力。“我們已經能夠製備出很好的窄禁帶半導體材料,在不同的波段都有很好的性能,並且把這些材料、器件應用於空天科技、風雲衛星、火星探測、月球探測等各個領域。”褚君浩打了個形象的比方,“我們已經從跟跑到並排跑,到現在開始部分領跑。”
圖說:褚君浩在辦公室內工作 采訪對象供圖
而在後輩學生們眼中,褚君浩就是那個定方向的人,跟著他走,總會有收獲。因為他總會寬容地說,“如果能證明這個材料不能做,也是一種成果”。
如今也已經成為一名博導的黃誌明研究員是70後,他申請的國家發明專利“單色儀分光紅外橢圓偏振光譜儀”曾獲第五屆中國國際發明展覽會金獎。很少有人知道,這個課題在開展半年時,差一點因為計算遇到瓶頸而夭折。“褚院士對我說,你回去考慮三天,三天後如果還覺得要放棄,那就放棄。”黃(huang)誌(zhi)明(ming)說(shuo),經(jing)過(guo)褚(chu)院(yuan)士(shi)的(de)點(dian)撥(bo)和(he)鼓(gu)勵(li),課(ke)題(ti)出(chu)現(xian)了(le)轉(zhuan)機(ji)。最(zui)終(zhong)這(zhe)套(tao)紅(hong)外(wai)橢(tuo)圓(yuan)偏(pian)振(zhen)光(guang)譜(pu)儀(yi)成(cheng)為(wei)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)的(de)手(shou)中(zhong)利(li)器(qi),幫(bang)助(zhu)團(tuan)隊(dui)完(wan)成(cheng)了(le)一(yi)係(xi)列(lie)新(xin)材(cai)料(liao)光(guang)學(xue)常(chang)數(shu)的(de)測(ce)定(ding),也(ye)堅(jian)定(ding)了(le)年(nian)輕(qing)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)在(zai)紅(hong)外(wai)物(wu)理(li)研(yan)究(jiu)這(zhe)條(tiao)路(lu)上(shang)的(de)決(jue)心(xin)。
“做,要做到極致。”這是褚君浩對自己和團隊的要求。
成長路
愛科學的 心是這樣煉成的
不做書呆子 養成學習好習慣
如今,在華東師大檔案館中,擺放著一張大書桌。這是褚君浩院士一家的回憶。
書桌的抽屜裏,藏著童年的蟋蟀罐,藏著1956年“上海市中小學生及自學小組學生體育運動會”跑步比賽第二名的獎牌,藏著不夠完美的成績單,也藏著一個“小調皮”對世界蓬勃的好奇心。
小學時,褚君浩遠算不上“學霸”。體育和自然拿了5分(滿分),其餘科目中,閱讀4分、作文4分、寫字3分、算術4分,和標準意義上的優等生相距甚遠。在他的世界,遊戲和運動是絕對主角,放學後的時光屬於在麗娃河遊泳、登上第五宿舍尖頂講故事、和夥伴們一起爬樹。
“好動手、好動腦、會玩、會運動,廣交朋友,不是一個呆子。”若幹年後,華東師大附小老校長陳先墀老先生點評了這位當年的學生。陳老先生寫道,褚君浩的成功,是因為保持了“純潔的童心、為大眾的初心、科普的熱心、對事業的愛心、努力工作的決心”。“我有個很好的習慣,就是上課注意力非常集中,隻看黑板、老師和書三個地方,這樣放學後就能很快完成功課。”褚君浩自我總結。
圖說:褚君浩 采訪對象供圖
讀書勤思考 寫下3萬字劄記
如今的中學生很忙,忙著做題,忙著補習,以至於忙到沒有時間看書。
而中學生時期的褚君浩卻寫了一份總字數超過3萬字的閱讀劄記。不少段落旁還有他的鋼筆手繪圖。那是他在徐彙中學讀書時,利用課餘時間留下的。“我們要爭取在最短的時間內,達到在定律的隊伍中有我們偉大的中國所發現的(定律)。”年少時的誓言,就寫在這個本子裏。
字裏行間,躍動少年蓬勃的求知欲。從月亮的圓缺、宇宙的起源到電子何以會圍繞核作不停的運動,從“無窮點的比較問題或無窮數的比較”到“乒乓球中的削球原理之聯想”“人造衛星和天體物理學的將來”,物理、數學、天文等方麵的種種問題,都引發了他無窮的探究和推演。
圖書館成了褚君浩最愛去的地方,泛黃的筆記本上,留下科學少年長長的閱讀書單。一本巴掌大的特殊“影集”記錄了當年愛書人特別的借閱方式——用微縮相機將原版圖書一張張拍下,再影印裝訂起來。在讀完笛卡爾的《哲學原理》後,褚君浩寫道,“我wo們men要yao以yi懷huai疑yi一yi切qie的de眼yan光guang來lai對dui待dai一yi切qie科ke學xue結jie果guo,尤you其qi是shi那na些xie所suo謂wei不bu言yan而er喻yu的de結jie論lun。要yao對dui於yu感gan官guan所suo見jian的de對dui象xiang,完wan全quan正zheng確que地di運yun用yong自zi己ji的de理li性xing而er再zai形xing成cheng判pan斷duan,方fang能neng擺bai脫tuo因yin外wai來lai影ying響xiang而er產chan生sheng的de謬miu誤wu。”
讀大學時,褚君浩給自己起了個筆名,叫“坦牛”。他對人說,這個名字意味著“在平坦的大道上,像牛一樣勤奮地工作”。其實他真實的想法是,要當一名像“愛因斯坦”和“牛頓”那樣的科學家。
圖說:褚君浩在研究生期間進行碲鎘汞吸收光譜研究 采訪對象供圖
找到好夥伴 父母言傳又身教
大學畢業後,褚君浩到梅隴中學當了一名物理老師。他找到了一群誌同道合的夥伴,組建了民間“基本粒子討論班”,討tao論lun科ke學xue問wen題ti,撰zhuan寫xie科ke普pu文wen章zhang,並bing請qing來lai複fu旦dan大da學xue物wu理li係xi殷yin鵬peng程cheng教jiao授shou當dang指zhi導dao教jiao師shi。在zai這zhe群qun年nian輕qing人ren中zhong,朱zhu偉wei成cheng長chang為wei華hua東dong師shi範fan大da學xue教jiao授shou,陳chen良liang範fan、馮承天、陸繼宗成長為上海師範大學教授,張民生則擔任了上海市教委副主任一職。“每周我們就偷偷聚在一個同學家裏,或者在誰的辦公室裏,由一個人負責作一個報告,然後大家討論。”在褚君浩心裏,那段日子雖然“偷偷摸摸”,但激情澎湃。
圖說:褚君浩在梅隴中學教書時指導學生做課外科技活動 采訪對象供圖
同時,父母的言傳身教對他影響深遠。褚君浩的父親褚紹唐先生是中國著名地理教育家、曆史地理學家,是中國第一位地理教育學碩士生導師。兒時,父親經常帶他去虹口公園看星星、kanyueliang,geitajiangtianwenxuezhishi。zaifuqindeyingxiangxia,chujunhaoxihuanzijidongshouzuoyixiexiaofaming。wunianjishi,tajiangliangkuaitoujingheyipianyingzhibanzuhezaiyiqi,zizhichengjianyidewangyuanjing,zheshitadiyicitongguozijideshuangshouguancehaohandexingkong。muqindedingning,zerutongyigen“風箏線”般,將他個人的事業和祖國的科技發展緊密相連。在褚君浩受邀到德國從事研究期間,母親在越洋電話和信件中念叨最多的一句話,“世界上最好的地方是中國。”
院士問答
思維和創新是科研的靈魂
作(zuo)為(wei)一(yi)名(ming)熱(re)心(xin)科(ke)普(pu)的(de)科(ke)學(xue)家(jia),麵(mian)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)受(shou)眾(zhong),褚(chu)君(jun)浩(hao)總(zong)有(you)辦(ban)法(fa)用(yong)深(shen)入(ru)淺(qian)出(chu)的(de)語(yu)言(yan),描(miao)述(shu)紅(hong)外(wai)光(guang)的(de)神(shen)奇(qi)。他(ta)為(wei)不(bu)同(tong)聽(ting)眾(zhong)群(qun)體(ti)量(liang)身(shen)製(zhi)定(ding)科(ke)普(pu)報(bao)告(gao):麵對中小學生,他喜歡講科學家的小故事,激發他們探索科學的興趣;麵對社會大眾,他聊科學常識,也聊“物聯網”等最新科技動態,解讀公眾對科學問題、社會現象的疑問;麵對公務員、產(chan)業(ye)界(jie)人(ren)士(shi)以(yi)及(ji)各(ge)行(xing)業(ye)領(ling)軍(jun)人(ren)士(shi),他(ta)講(jiang)高(gao)科(ke)技(ji)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi),從(cong)光(guang)電(dian)信(xin)息(xi)獲(huo)取(qu)聯(lian)係(xi)到(dao)智(zhi)慧(hui)城(cheng)市(shi)建(jian)設(she),從(cong)光(guang)電(dian)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)聯(lian)係(xi)到(dao)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)和(he)低(di)碳(tan)城(cheng)市(shi)。
因此,他對年輕科研人員,對中小學生都有自己的建議——
問:您最看重青年科研工作者身上哪些特質?
答:思維和創新是靈魂。我經常問學生,“你有什麼新的東西加進去?”“你為這個課題做了什麼貢獻?”是否善於思考、是否有創新能力、是否能提出問題、是否有新的點子,這些決定他的未來發展空間有多大。我現在也在不斷學習新的東西,保持思維的活躍度。比如ChatGPT很熱門,我也去研究了一下,請它寫首描寫天氣炎熱的詩,問它“褚君浩是怎樣的人”等問題,看它怎麼回答,來分析它的生成內容的特點和優缺點。
科研工作還必須勤奮。科學研究往往需要花時間才能看到成果,在這個過程中,目標一定要明確。
問:作為上海市青少年科學研究院院長,您認為該如何保護孩子們對世界的好奇心,激發他們探索世界的欲望?
答:童年時間保持對萬物的好奇心至關重要。如今,孩子們的學業壓力大,給他們“留白”的de空kong間jian又you很hen少shao。老lao師shi不bu應ying該gai把ba知zhi識shi點dian下xia放fang,不bu要yao把ba高gao年nian級ji的de內nei容rong提ti前qian灌guan輸shu給gei低di年nian級ji的de學xue生sheng。好hao的de學xue習xi方fang法fa是shi做zuo了le十shi道dao題ti,把ba知zhi識shi點dian掌zhang握wo得de很hen牢lao固gu,可ke以yi靈ling活huo運yun用yong;笨的學習方法是做一百道題,但不會變通。孩子們應該出於興趣,自由探索其他知識,而不是被禁錮在以應試為導向的題海中。
問:業餘時間,您有些什麼愛好?
答:欣賞音樂。我最喜歡的英文歌是“You raise me up”,中文歌是《我和我的祖國》。它(ta)們(men)的(de)歌(ge)詞(ci)有(you)著(zhe)深(shen)刻(ke)的(de)內(nei)涵(han),每(mei)一(yi)段(duan)都(dou)圍(wei)繞(rao)著(zhe)主(zhu)旋(xuan)律(lv)重(zhong)複(fu),但(dan)每(mei)一(yi)次(ci)重(zhong)複(fu)又(you)有(you)著(zhe)變(bian)化(hua)。這(zhe)很(hen)像(xiang)我(wo)們(men)做(zuo)科(ke)研(yan)工(gong)作(zuo)的(de)過(guo)程(cheng)。最(zui)近(jin),我(wo)也(ye)在(zai)試(shi)著(zhe)寫(xie)一(yi)個(ge)曲(qu)子(zi),反(fan)映(ying)科(ke)學(xue)家(jia)如(ru)何(he)克(ke)服(fu)困(kun)難(nan),不(bu)斷(duan)取(qu)得(de)突(tu)破(po)。
圖說:1988年,褚君浩從德國回來後,在實驗室努力工作 采訪對象供圖
褚君浩簡曆
1945年3月 出生在江蘇宜興
1966年 畢業於上海師範學院(現上海師範大學)物理係,被分到上海市梅隴中學當物理老師
1978年 考上中國科學院上海技術物理研究所研究生,先後獲得碩士學位和博士學位
1984年12月起,擔任中國科學院上海技術物理研究所物理室副主任
1993年 7月起,擔任中國科學院紅外物理國家重點實驗室主任
2005年 正式當選中國科學院院士
● 曾獲全國首屆創新爭先獎章、第十四屆上海市大眾科學傳播傑出人物、首屆上海統一戰線崗位建功十大楷模、上海市科普創新傑出人物獎、2017年度“感動上海人物”等多項榮譽,並被多家媒體譽為“心係科普的院士”。
● 發表學術論文800餘篇,專利100餘項,出版專著6部,先後獲得國家自然科學獎3次、省部級科學技術獎12項。
來源:新民晚報
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