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——19世shi紀ji初chu,英ying國guo科ke學xue家jia赫he胥xu爾er設she計ji了le一yi個ge實shi驗yan裝zhuang置zhi,將jiang太tai陽yang光guang分fen解jie成cheng彩cai色se光guang帶dai,然ran後hou在zai不bu同tong顏yan色se光guang帶dai中zhong放fang置zhi溫wen度du計ji,以yi測ce量liang光guang帶dai中zhong不bu同tong色se光guang所suo包bao含han的de能neng量liang,再zai和he室shi內nei其qi他ta位wei置zhi的de溫wen度du計ji進jin行xing比bi較jiao。赫he胥xu爾er意yi外wai發fa現xian,放fang在zai光guang帶dai紅hong光guang外wai的de溫wen度du計ji,比bi室shi內nei其qi他ta溫wen度du計ji的de指zhi示shi值zhi都dou要yao高gao。經jing過guo反fan複fu實shi驗yan,他ta證zheng實shi了le太tai陽yang發fa出chu的de光guang線xian中zhong除chu了le可ke見jian光guang外wai,還hai有you一yi種zhong看kan不bu見jian的de“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)。1978nian,woguohuifuyanjiushengkaoshi。zhongguokexueyuanyuanshiyandongshenghenxinshangjiminhaoxuedechujunhao,biantuijiantacanjiazhongguokexueyuanshanghaijishuwulisuodeyanjiushengluqukaoshi。
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,“womenyaoyihuaiyiyiqiedeyanguanglaiduidaiyiqiekexuejieguo,youqishinaxiesuoweibuyaneryudejielun。yaoduiyuganguansuojiandeduixiang,wanquanzhengquediyunyongzijidelixingerzaixingchengpanduan,fangnengbaituoyinwailaiyingxiangerchanshengdemiuwu。”
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、看(kan)月(yue)亮(liang),給(gei)他(ta)講(jiang)天(tian)文(wen)學(xue)知(zhi)識(shi)。在(zai)父(fu)親(qin)的(de)影(ying)響(xiang)下(xia),褚(chu)君(jun)浩(hao)喜(xi)歡(huan)自(zi)己(ji)動(dong)手(shou)做(zuo)一(yi)些(xie)小(xiao)發(fa)明(ming)。五(wu)年(nian)級(ji)時(shi),他(ta)將(jiang)兩(liang)塊(kuai)透(tou)鏡(jing)和(he)一(yi)片(pian)硬(ying)紙(zhi)板(ban)組(zu)合(he)在(zai)一(yi)起(qi),自(zi)製(zhi)成(cheng)簡(jian)易(yi)的(de)望(wang)遠(yuan)鏡(jing),這(zhe)是(shi)他(ta)第(di)一(yi)次(ci)通(tong)過(guo)自(zi)己(ji)的(de)雙(shuang)手(shou)觀(guan)測(ce)浩(hao)瀚(han)的(de)星(xing)空(kong)。母(mu)親(qin)的(de)叮(ding)嚀(ning),則(ze)如(ru)同(tong)一(yi)根(gen)“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》。tamendegeciyouzheshenkedeneihan,meiyiduandouweiraozhezhuxuanlvzhongfu,danmeiyicizhongfuyouyouzhebianhua。zhehenxiangwomenzuokeyangongzuodeguocheng。zuijin,woyezaishizhexieyigequzi,fanyingkexuejiaruhekefukunnan,buduanqudetupo。
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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