63年前,上海徐匯中學一名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,并決心奮發讀書、為國爭光。
若干年后,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公式和吸收系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公式和吸收系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。
科 研 路
1 成功挑戰“不可能的任務”
如今,只要沒有外出安排,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樓的辦公室里。
這是間再普通不過的辦公室——右側是會客用的沙發,左側的一整排沿墻書架被塞得滿滿當當,后來者就只能被堆放在地上。
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》,作為國際上全面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余年歷史的科學手冊,涵蓋了人類科學和技術各領域的基本數據和函數關系,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世紀初,英國科學家赫胥爾設計了一個實驗裝置,將太陽光分解成彩色光帶,然后在不同顏色光帶中放置溫度計,以測量光帶中不同色光所包含的能量,再和室內其他位置的溫度計進行比較。赫胥爾意外發現,放在光帶紅光外的溫度計,比室內其他溫度計的指示值都要高。經過反復實驗,他證實了太陽發出的光線中除了可見光外,還有一種看不見的“熱線”,由于位于紅色光外側,因而被稱之為“紅外光”。
褚君浩和紅外光的相遇,也是偶然。由于高考語文作文偏題,他和第一志愿復旦大學失之交臂,被上海師范大學錄取。然而,這并未影響他從小對物理的喜愛。1978年,我國恢復研究生考試。中國科學院院士嚴東生很欣賞機敏好學的褚君浩,便推薦他參加中國科學院上海技術物理所的研究生錄取考試。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,碲鎘汞是制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。因此,他選擇以窄禁帶半導體碲鎘汞作為主攻方向,親自組建團隊開展窄禁帶半導體物理基礎研究。然而,從本科到畢業后在普陀區梅隴中學當老師,褚君浩始終偏好的是理論物理,這一切,對于當時還是紅外物理的“門外漢”褚君浩來說是全新的。求學心切的他想到復旦大學研究生錄取考試還要晚半年才舉行,便決定去試試。憑借本科學習打下的堅實基礎,他自學了黃昆和謝希德的《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——測量出碲鎘汞紅外本征光吸收光譜。這在當時是一個世界級難題,尚無人攻克。要做出碲鎘汞紅外本征光吸收光譜,首先就需要制備出大量碲鎘汞薄樣品,來解決如何測量高吸收系數的問題。然而這種樣品價格昂貴,指甲蓋大小就需要上千美元。令褚君浩感動的是,研究所其他小組在生長這種材料,他們毫無保留地貢獻出自己的資源出來,集合一切力量,幫助褚君浩開展從“0”到“1”的突破。
“當時那些樣品袋我都保存著。”指了指書柜,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。