中國固體物理和半導體物理奠基人：黃昆丨科學史

黃昆生於1919年9月2日，卒於2005年7月6日。世界著名物理學家、教育家、中國固體物理學先驅、中國半導體科學技術奠基人。1919年9月2日生於北京。1941年6月在燕京大學物理學系獲學士學位，1944年8月在吳大猷教授指導下獲北京大學碩士學位，1944年8月被錄取為庚款公費物理學留英學生。1945年8月，來到英國布里斯托爾大學成為N．F．莫特(Mott)的研究生。1947年3月獲布里斯托大學博士學位。此後在英國愛丁堡大學物理系、利物浦大學理論物理系任研究員。1951年底回國任北京大學物理學系教授，曾擔任過物理學系副主任。1977年10月任中國科學院半導體研究所所長，為中國半導體科學技術的復甦發揮重要作用。1955年當選為中科院院士（學部委員）、1980年當選為瑞典皇家科學院外籍院士、1985年當選為第三世界科學院院士。2001年獲國家最高科學技術獎。

2002年2月1日，在國家科學技術獎勵大會上，國家主席江澤民與2001年度國家最高科學技術獎獲得者黃昆和王選合影

他對祖國無限忠誠，為新中國的科技發展奉獻了畢生的精力；對真理執著追求，為半導體事業的騰飛做出了卓越的貢獻;對學生嘔心瀝血，為祖國半導體事業培養了大批棟樑之才。

求學——為了追求科學的真諦，他輾轉了二十個春秋

從北京到上海，從蒙養園到潞河中學，從燕京大學到英國布里斯托爾大學，黃昆在他二十多年的求學生涯中雖然輾轉多處，但是他不斷汲取科學知識，鍛鍊人格意志，為他後來的科研教育生涯，奠定了堅實的基礎。

1919年9月2日，黃昆誕生在北京，祖藉為浙江嘉興。父親當時是中國銀行高級職員。母親賀延祉，籍貫湖南，畢業於北京女子師範大學，也在銀行工作。黃昆是家中最小的孩子，他的大姐名黃宣，大哥黃燕，二哥黃宛（我國著名心臟內科專家），姐弟四人年齡依次相差一歲，手足情深而又互相影響。他們的名字都取自於北京的地名，黃昆的“昆”來自於“昆明湖”，黃宛的“宛”來自於“宛平城”，黃燕的“燕”來自於“燕山”，黃宣的“宣”來自於“宣武”。家庭較高的文化素養和毫無拘束的氣氛，特別母親為人嚴肅認真，對黃昆少年時期成長影響很大。

黃昆特別喜歡頤和園，這不僅僅是因為他的名字“昆”來自頤和園中的昆明湖。這是1989年秋天，黃昆泛舟在昆明湖上。

黃昆的小學生涯很是曲折，先後在北京蒙養園、北京師大附小、上海光華小學上學。他回憶自己小學階段，很早就識字，在小學時期常讀小說和學會加減乘除之外，似乎沒有學更多的知識。他還記得，他小學期間最出色的一次表現，是在三年級北京史地課考試得第5名。他帶回給母親的獎品，是一份北京城的油印講義。為此，他始終為能熟練說出北京城所有內外城門名而感到自豪。

黃昆在上海光華小學五年級沒讀完，隨家搬遷回到了北京。黃昆的伯父黃子通當時在燕京大學哲學系任教授，黃昆暫住在伯父家中，並插班就讀於燕京大學附中初中。他在這裡只學習了半年，就轉學到通縣潞河中學。但是，這短短的半年，對黃昆以後的發展卻有長遠的影響。黃昆的伯父偶然看見黃昆課後很空閒，就詢問他原因。黃昆回答說，老師交待的數學作業都已完成。他伯父說，那怎麼行，數學課本上的題全都要作。自此，黃昆就這樣做了。

從此他的數學課一直學得很好，併發生了濃厚興趣。轉入到潞河中學後，這習慣不僅仍延續下來，並帶動了其它學科的學習。黃昆後來回顧，這一偶然情況有深遠影響。由於他下課就忙於自己作題，很少去看書上的例題，反而使他沒有訓練出“照貓畫虎”的習慣。黃昆在中學是學習上的優等生，除語文課外，他的高中三年學習總成績始終保持在全年級之首。

黃昆在潞河中學

1937年，黃昆通過潞河中學向燕京大學的保送考試，進入燕京大學，並根據自己的優勢和興趣，選定物理為學習專業。

黃昆在燕京大學物理實驗室裡

抗日戰爭爆發後，中國的三所著名大學：清華、北大、南開遷至雲南昆明，1938年春組成國立西南聯合大學。在中國人民抗戰最艱難困苦的年代，培養出楊振寧、李政道、黃昆、張守廉、李蔭遠、黃授書、鄧稼先、朱光亞等一大批傑出人材，開出中國教育史上最絢麗的一朵奇葩。

西南聯大物理系規模雖然不算大，但是人材濟濟，中國物理學界許多學術造詣很深的知名教授都在這裡執教。當時“清華有葉企蓀、吳有訓、周培源、趙忠堯、王竹溪、霍秉權；北大有饒毓泰、朱物華、吳大猷、鄭華熾、馬仕俊；南開有張文裕，還有許貞陽。西南聯大的數學師資也為當時國內一時之選。

1991年，吳大猷（右），黃昆（中），楊振寧（左）在美國密歇根大學授予吳大猷先生榮譽科學博士學位的研討會上。

1941年秋，黃昆在獲得燕京大學學士學位後，經葛庭燧先生介紹，來到西南聯大任助教。系主任饒毓泰先生在第一次接見黃昆時對他說，這裡人很多，根本不需要助教，你在這兒就是鑽研學問作研究。事實也確是如此。黃昆的教學任務只是每週帶一次普通物理實驗。他的導師吳大猷讓他半做研究生，半做助教。在此期間，他完成了《鋰原子能態的Hylleraas函數變分計算》、《納之負離子吸收光譜》《日冕光譜線的激起》三篇論文，獲理學碩士學位。

在此期間，黃昆與楊振寧、張守廉結成半個多世紀的友誼，被稱為西南聯大“三劍客”。

黃昆與楊振寧

1992年6月1日，在周培源先生九十大壽慶祝晚宴上，當年西南聯大時期的三劍客：楊振寧（右），張守廉（中）和黃昆（左）三位老友重逢一起，留下了一張珍貴的合影。

1944年黃昆西南聯大研究生畢業，並被“庚子賠款”留英公費生錄取。按庚款留英公費生規定，去英國什麼學校，選哪位科學家做導師，都可以先由本人提出志願，再取得接收方的同意。當時，有一位英國教授給聯大捐贈了一大批在英國出版的科學書籍。黃昆對這批書很感興趣，大多翻閱了一下。引起他特別注意的是一位名叫莫特的英國科學家。莫特寫了三本書：《原子的碰撞理論》、《金屬與合金的電子理論》、《離子晶體中的電子過程》。這三本專著覆蓋了三個很不相同的領域，每一本專著的出版，都標誌著一個學科方向的誕生。這使黃昆感到這位科學家的學識非常淵博，決定到布里斯托大學做莫特教授的博士生。

1945年8月，黃昆終於在布里斯托大學做了莫特的研究生，他也是第二次世界大戰結束後莫特招收的第一個博士生。因無序系統的電子結構而榮獲1977年諾貝爾物理獎的莫特，當時還是一位很年輕的教授，但已是國際上著名的固體物理學家。1947年3月獲布里斯托大學博士學位。此後在英國愛丁堡大學物理系、利物浦大學理論物理系任研究員。

20世紀40年代，黃昆（前排左二）在英國利物浦大學做博士後時與同事們合影（前排右一為李愛扶）

科研——為了構築科學的天堂，他奔波了整整一生

黃昆在科學上的成就受到了國際學術界的高度評價，也得到祖國和人民的承認。1951年，黃昆懷著振興中華、報效祖國的殷切心情，回到自己深愛的祖國，任教於北京大學物理系，後任中國科學院半導體研究所所長、名譽所長。1955年，年僅36歲的黃昆就當選為中國科學院學部委員，是當時所有委員中最年輕的一名。改革開放以來，黃昆當選為瑞典皇家科學院外藉院士（

1. 在世界理論物理領域多次寫上中國人的名字

黃昆是著名的物理學家，是晶格動力學的奠基人和權威，聲子物理學科的開拓者。他的名字與多聲子躍遷理論、X光漫散射理論、晶格振動長波唯像方程聯繫在一起。他對固體物理學做出了許多開拓性的貢獻，在世界理論物理領域多次寫上中國人的名字。

“黃－漫散射”。20世紀40年代，黃昆提出的固體中雜質缺陷導到X光散射的理論，自20世紀60年代起為外國學者證實並得到應用，這種散射被國際上命名為“黃－漫散射”。利用黃昆的漫散射理論，可以從X射線的漫散射推出晶體中點缺陷的結構，如位移場分佈、對稱性、大小等。這種方法已成為研究晶體中微觀缺陷的一種特殊的X射線技術。

黃昆與“黃——漫散射”實驗的發現人德國H.PeisI博士在討論

“黃─里斯理論”。1950年，他同夫人艾夫・里斯(李愛扶)合作，首次提出多聲子的輻射和無輻射躍遷的量子理論，對於認識晶體的光學性質、電學性質以及雜質、缺陷對光電性質的影響等方面都具有重要的指導意義。該理論在六十年代被實驗證實，被國際上成為Huang-Rhys理論（“黃—里斯理論”），理論中的S因子被稱為Huang-Rhys因子。他和夫人合作的“F中心光吸收和無輻射躍遷理論”這篇著名論文自1965年至今已被引用超過

1952年，黃昆與剛到中國的李愛扶合影（這也是他們的結婚照）

“黃方程”。1951年，黃昆首次提出晶體中聲子和電磁波的耦合振盪模式，所提出的運動方程，被國際上稱為“黃方程”。利用這組方程黃昆首先引入了電磁波和橫光學振動耦合模的這一新概念，後來被稱為極化激元。這一預言在1963年國際上拉曼散射實驗所證實。他的題為“關於輻射場和離子晶體的相互作用”的論文被第一屆國際極化激元會議評價為該領域的一個里程碑。以後極化激元的概念被廣泛推廣到其它各種特殊的元激發和電磁波的耦合模。

1951年在利物浦大學作博士後的黃昆

《晶體動力學理論》。1954年，年僅35歲的黃昆與世界著名科學家諾貝爾獎獲得者玻恩教授合著的《晶體動力學理論》，由牛津大學出版社出版，成為該分支學科的基本理論著作，是世界上第一部晶格動力學的系統專著，也是該領域科學工作者的必讀之書，甚至在將近半個世紀以後的今天，牛津大學出版社還把它列入了“牛津經典物理著作叢書”。

1954年牛津出版社出版的《晶格動力學理論》及北京大學出版社出版的中譯本

黃昆還著有《固體物理學》，與謝希德合著《半導體物理學》，對高等學校中普通物理、固體物理和半導體的教學做出了十分重要的貢獻。

2.為我國半導體物理科學和技術發展嘔心瀝血

1975年9月，鄧小平

1977年10月國務院關於黃昆等同志任職的批覆

1977年，黃昆被調到中國科學院半導體研究所任所長，在國際物理界沉寂近20多年後，已年屆60的他又重新活躍起來，開始了研究生涯中第二個活躍期。

十多年中，他與年輕的同事合作，先後在多聲子躍遷理論和量子阱超晶格理論方面取得新的成就。以他為學術帶頭人，半導體研究所成立了我國半導體超晶格國家重點實驗室，開創並發展了我國在這一材料學和固體物理學中的嶄新領域的研究工作。正如國際著名固體物理學家、德國馬克斯普朗克協會固體物理研究所前所長卡多納(M. Cardona)描述的：“他好比現代的鳳凰涅槃，從灰燼中飛起，又成為世界領頭的固體物理學家。”

黃昆在繁忙的所長崗位上，抓緊點滴時間投入科研。1983年，他針對國際上在多聲子無輻射躍遷理論中出現的疑難問題，重新開展了研究。黃昆證明了在消除康登近似帶來的不自洽性後，絕熱近似與靜態耦合是等價的。他提出的無輻射躍遷理論的多聲子模型，更進一步發展了無輻射躍遷理論。

1978年4月黃昆所長參加全國科學大會後與王守武、林蘭英副所長討論

1987年，他與朱邦芬開始研究量子阱中晶格振動的問題，他們澄清了原來理論和實驗出現矛盾的原因，提出和發展了關於半導體超晶格光學振動的系統理論。這一理論發現被國際學術界稱作“黃-朱模型”。“黃-朱模型”引起國際上的普遍重視，由此引發了一系列的理論和實驗研究工作，有力推動了這一研究領域的深入發展。“黃-朱模型”已作為該領域必讀文獻列入許多國外專著和研究生教材。黃、朱十多次被邀請到國際、全國學術大會作特邀報告。朱邦芬在第二十屆國際半導體物理會議和第五屆國際超晶格微結構和微器件會議作的邀請報告，是中國學者第一次在該領域最高學術水準的國際系列學術會議上作特邀報告。

“黃-朱模型”的兩位作者在討論問題

1980年以來，黃昆與他人合作發表了《無輻射躍遷的絕熱近似和靜態耦合理論》等論文，解決了二十多年來國際上在此理論發展中存在的疑難問題。

20世紀80年代以後，黃昆大力推動我國的超晶格研究，他早在1985年就提出了指導性的意見：半導體超晶格的意義，將與半導體晶體管的發明相比擬。在他的倡導下，設立了國家和科學院相應的重大項目，併成立了半導體超晶格國家重點實驗室。他為打破西方國家對我國分子束外延技術的封鎖禁運，促進我國超晶格材料生長和研究、器件研製以及光電器件產業化的工作作出了重要貢獻，使得我國在很短的時間內趕上了國際先進水平。2001年3月他和其他5名院士在“科學時報”上聯名呼籲：緊急部署納米量子結構、量子器件及其集成技術的基礎研究，奮起迎接納米科技爭奪戰。

1986年黃昆、林蘭英和視察半導體所的兩位中國科學院院長方毅和盧嘉錫交談

老驥伏櫪，志在千里。烈士暮年，壯心未已。黃昆，青年時代做出了卓越的科學貢獻，早在50年代他就成為享譽世界的大科學家。中年時期獻身於祖國教育事業，60歲後又重攀上世界科學高峰。年逾八旬，身患帕金森病，仍每天上午去中國科學院半導體研究所上班。直到生命的最後一刻，他仍然奮戰在科研第一線，為祖國的科學技術發展而嘔心瀝血。他的一生是拼搏的一生，是探索的一生，是奮鬥的一生，是為國家無私奉獻的一生。在80多年的人生歲月裡，黃昆以他的嚴謹與創新，以他的勤奮與率真，在固體物理學領域豎起了一座座豐碑，贏得了全世界的尊敬。

育人——為了澆鑄明天的棟樑，他戰鬥到生命的最後

黃昆還是位傑出的教育家。他致力於凝聚態物理科學研究和教育，以勤奮、嚴謹、嚴於律己和誨人不倦而著稱。黃昆長期從事物理教學工作，是我國固體物理和半導體物理學科的一位開創者，培養了一大批中國物理學家和半導體技術專家。受到黃昆的言傳身教，黃昆的研究生和助手們，已經成長為我國許多教育、科研單位的骨幹，在固體物理學的科研與教學上，挑起了大梁。從開創“固體物理”,“半導體物理”課程的教學到五校聯合半導體專門化，他為中國的固體物理學和半導體事業培養了幾代人才，並參與制定我國十二年科學技術發展遠景規劃。正如楊振寧先生的一句話所說的：“中國搞半導體的，都是黃昆的徒子徒孫!”其中甘子釗、秦國剛、夏建白、李樹深等當選為中國科學院院士。

2002年黃昆與鄭厚植院士（左一）和夏建白院士（右一）在討論工作

1989年，在祝賀黃昆70壽辰的晚宴上。左起，朱邦芬，秦國剛，鄭厚植，甘子釗，李愛扶，黃昆，韓汝琦，鍾戰天

1951年底，黃昆抱著投身於新中國建設事業的滿腔熱忱回到中國。他回國後，立即赴北京大學物理系任教授，開始了26年的北京大學教學生涯。

50年代，他作為北京大學物理系教授，為新中國的固體物理和半導體物理的教學打下了基礎。他所講授的“大學物理”，“固體物理”和“半導體物理”三門課程，吸引了大批青年學生，引導他們進入了固體物理和半導體領域。當時，無論國內國外，“固體物理”都僅有專著，而無現成的教科書可供借鑑。

1953年，黃昆首先為研究生開設固體理論課，內容主要是晶格動力學和固體電子論。同年秋季，北京大學物理系設立了固體物理、光學、無線電電子學、理論物理等專門化教研室。黃昆被任命擔任固體物理專門化教研室主任。他還建議把固體物理列為中一門基礎課，作為物理專業課程設置上最顯著的一項改革，以趕上當代科學技術發展的步伐。

1960年秋，固體物理正式成為物理專業的基礎課，在北大本科生中普遍開設了這門課程。這一切凝聚了黃昆大量的心血和辛勤勞動，成為我國高等學校固體物理專業教育的開創者。

黃昆字跡

黃昆在北京大學多年親自講授固體物理和半導體物理課程，對教材質量十分重視。他一向認為講課講義對科學問題的講解必須明確具體，基本概念和理論闡述必須確切。他在多年改進講義的基礎上所著《固體物理學》以及與謝希德合著的《半導體物理學》都是在前無藍本的情況下自己編著的教科書。這兩本著作都以講解透徹精闢著稱，在很長一段時間內成為中國固體物理和半導體物理專業學生和科研人員的必讀著作。

《固體物理學》

《半導體物理學》

中國半導體物理的兩位先驅者——黃昆與謝希德

黃昆領導建設了北京大學固體物理教研室和半導體物理教研室，為中國的半導體科學和技術骨幹力量的培養做出了卓越貢獻。

黃昆研究教學60載，形成了自己獨特而鮮明的治學風格。黃昆把自己的一生科學研究經歷歸結為：一是要學習知識，二是要創造知識。對做科學研究工作的人來講，歸根結底在於創造知識。而學習知識與創造知識，黃昆從自己的切身經歷和觀察別人的經驗教訓，歸納出兩句名言：“學習知識不是越多越好，越深越好，而是要服從於應用，要與自己駕馭知識的能力相匹配。”

1990年黃昆書寫他的名言

“對於創造知識，就是要在科研工作中有所作為，真正做出點有價值的研究成果。為此，要做到三個‘善於’，即要善於發現和提出問題，尤其是要提出在科學上有意義的問題；要善於提出模型或方法去解決問題，因為只提出問題而不去解決問題，所提問題就失去實際意義；還要善於作出最重要、最有意義的結論。”

這兩句名言確實是黃昆的經驗之談，我們應當作座右銘而牢記。

在黃昆的一次壽辰盛會上，北京大學物理系師生送給他一副對聯：

“渡重洋迎朝暉心繫祖國傲視功名富貴如草芥，

攀高峰歷磨難志興華夏欣聞徒子徒孫盡棟樑。”

這正是黃昆始終矢志不渝，為中國教育事業做出無私奉獻的寫照。

為弘揚黃昆的科學精神和他在開創我國固體物理學及半導體物理學事業所做出的傑出貢獻，鼓勵在科學上做出突出貢獻的我國固體物理學和半導體物理學工作者，在生命的盡頭，他傾盡自己的所有積蓄，創立了“黃昆固體物理和半導體物理科學研究獎”。

“黃昆固體物理和半導體物理科學研究獎”第一屆獲得者姜開利

偉人已逝，但他的生命將為此綿延，他的風範將因此長存，他的精神將不斷秉承……

矗立在半導體所園區的黃昆先生雕像

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