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从“坦牛”到“大牛”是如何实现的——褚君浩院士的科研感悟

  上世纪60年代,当中科院上海技物所研究员、中科院院士褚君浩还是上海师范大学物理系的一名普通大学生时,就以“坦牛”为名,在黑板报上写下了《勤奋+智慧=力量》的文章。

  别人问褚君浩,为什么取名“坦牛”?他嘴上说:“像牛一样在平坦的大道上勤奋工作。”而心里面真正想的却是“爱因斯坦和牛顿”。

  如今,站在技物所“我们和共和国红外科技共成长”学术沙龙上的褚君浩,已经从当初的“坦牛”成长为红外光电子物理及半导体研究领域的“大牛”。他用“勤奋刻苦、好奇质疑、目标如一、胸怀大志”概括了这一路走来的科研心得。

  兴趣能调动人最大的积极性

  褚君浩对于物理学的兴趣来自家庭的熏陶。在他的办公室里,有4本已经页面泛黄旧书:两本《分子物理学》和两本《原子物理学》。这些可以用来做大学教材的书籍,却是褚君浩在高中时爱不释手的课外书。

  在徐汇中学,褚君浩一头扎进了学校图书馆,徜徉于《相对论ABC》《绝对微分学》《从近代物理学的观点》《宇宙物质》的科学知识海洋,也感悟到《居里夫人传》《科学家奋斗史话》的科学精神。

  1978年,科学的春天到来,也让已经是中学物理学老师的褚君浩再也抑制不住从事物理学研究的冲动。他原本想要考复旦大学物理系研究生,但是要晚半年入学。褚君浩大学同学的父亲、著名科学家严东生院士写了一封推荐信,让他去考上海技物所的研究生。

  最初,褚君浩感兴趣的科研领域是基本粒子,属于理论物理范畴。因此,技物所汤定元先生在收到推荐信后,还专门给严东生写了回信,表示“所里主要是做实验物理的,而不是理论物理”,但欢迎褚君浩来所里谈谈。

  出于对物理学的热爱,褚君浩义无反顾地参加了技物所的研究生考试。其中,有一门考试科目是《半导体物理学》。尽管从来没有学习过这门课,但褚君浩凭借在大学里打下的扎实物理学功底,通过自修将书里的所有公式都推导了一遍。最终,褚君浩以90分排名第二顺利进入技物所,以汤定元为研究生导师,由此开启了科研生涯。

  青年科学家首先要建立自己的工作

  1982年,褚君浩研究生毕业,美国的一家单位提供了每年2.8万美元奖学金的攻读博士机会。当褚君浩兴高采烈地把消息告诉汤定元,却遭到了反对。汤定元坚定地对褚君浩说:“你不要去,跟我来念博士。你硕士做得很好,到外面去读博士,方向就变掉了,太可惜了。”

  去美国一年2.8万美元,留在国内每月只有86元,当时的国内外无论是科研条件还是生活的巨大差距,都让褚君浩有些犹豫。于是,在一个晚上,褚君浩找当时同住在华师大的邻居——技物所的匡定波先生请教。匡定波告诉褚君浩:“要听汤先生的话,青年科学家主要是要建立起自己的工作。”

  两位先生语重心长的告诫,让褚君浩下定决心留在国内做研究。

  汤先生常说:“做研究要有好的想法,在已有的实验条件下,做好的工作。”这一科研思路让褚君浩获益良多。在一段记录于1982年的笔记里,褚君浩写道:“做工作要按照如下方式:文献看透,提出问题;选择解决问题的实验方法,找到解决问题的关键;分析数据,看文献,这次比前一次更深刻。”“围绕一个领域做深做透,实验要可靠,不要面铺得很广,宁可一个工作做得可靠。”在此后的科研生涯中,褚君浩一直不忘这些金玉良言。

  在碲镉汞研究中,褚君浩首先将基础理论的kane模型吃透弄清,再寻找到研究的切入点——对kane模型的发展。“如果没有吃透,也就没有底气去提切入点。”褚君浩说,“切入点找得好也很重要。找得好,能引出很多研究内容;找得不好,研究就容易中断。”

  从研究生到博士生,再到以后的科研生涯,窄禁带半导体一直是褚君浩的研究方向,从未中断。

  做好的工作才有国际影响力

  在汤定元的推荐下,刚刚读博的褚君浩出国参加了国际半导体物理会议,以增加国际视野。在这次会议上,褚君浩与中国物理界泰斗级科学家黄昆院士一路同行,有时同住一间,并亲眼目睹了国外科学家对黄昆的尊重,也是与有荣焉。“只有真正做了好的工作,才具有在世界科学界的影响力。”褚君浩说。

  回国后,汤定元给了褚君浩一个非常有难度的研究课题:碲镉汞的本征光吸收。完成这项工作需要解决两个问题:一个是碲镉汞高吸收系数测量的问题,一个是要制备很薄的样品。当时国外这两个问题还没有解决。在实验室,褚君浩想办法将碲镉汞样品打磨到15微米的厚度。汤定元在小组开会时告诉其他人:“褚君浩样品磨得很薄,已经到15微米了。”后来有人将这些告诉了褚君浩,让他深受鼓舞。于是,褚君浩再接再厉,动了很多脑筋,分别在蓝宝石衬底和硒化锌衬底上,采用环氧树脂包裹碲镉汞等办法,将样品打磨到“吹弹可破”的几微米水平。

  有了好的样品,褚君浩首次发现了碲镉汞带间跃迁本征吸收光谱。1983年,研究结果发表在国内的《红外研究》杂志上。过了没多久,有同事在吃饭时神秘兮兮地问褚君浩,是不是给美国国防部写了份报告。这让褚君浩吓了一跳,后来才知道,原来是美国国防部AD报告出版部门专门将杂志上的论文翻译成英文,发表在AD报告上。这也从一个侧面证实了褚君浩这一研究的前沿性和重要性。事实上,直到现在,褚君浩获得的碲镉汞带间跃迁吸收光谱数据依然是国际上最完整的,相当于为红外探测材料研发树立了一个标准。

来源:上海科技报社   作者:耿挺
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