63年前,上海徐汇中学一名16岁高中生在笔记本上写下感慨,为没有一条以中国人命名的定律而遗憾,并决心奋发读书、为国争光。
若干年后,这个少年成了那个写定律的人。
在红外物理领域,他在上世纪80年代提出的CXT公式和吸收系数公式成为碲镉汞材料器件设计的重要依据,至今仍是国际上判断红外探测器新材料、新结构的通用公式。
他就是红外物理学家、半导体物理和器件专家、中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员褚君浩。CXT公式和吸收系数公式正是以褚君浩(C)、徐世秋(X)、汤定元(T)这三位中国科学家的名字命名的。
科 研 路
1 成功挑战“不可能的任务”
如今,只要没有外出安排,每天9时左右,褚君浩总会出现在上海市技物所光电大楼4楼的办公室里。
这是间再普通不过的办公室——右侧是会客用的沙发,左侧的一整排沿墙书架被塞得满满当当,后来者就只能被堆放在地上。
屋子的“镇宅之宝”,就和其他书籍、文件、纪念品一起,挨挨挤挤站在书架上。“喏,就是这几本书。”指着几本深蓝色的原版书,褚君浩笑道。
那是全球红外物理领域科研人员的必读书目——其中一本是褚君浩所著的《窄禁带半导体物理学》,作为国际上全面综述窄禁带半导体有关研究成果的第一本专著,被几十个国家的研究机构作为开展相关材料和器件研究的理论依据;另一本,则是国际权威的科学手册《Landolt-Bornstein》,这本拥有120余年历史的科学手册,涵盖了人类科学和技术各领域的基本数据和函数关系,每隔10—15年邀请各领域最有影响力的科学家集中修订,手册含汞化合物部分,就是由褚君浩来编写的。
科学史上,红外光的发现多少带着偶然的成分——19世纪初,英国科学家赫胥尔设计了一个实验装置,将太阳光分解成彩色光带,然后在不同颜色光带中放置温度计,以测量光带中不同色光所包含的能量,再和室内其他位置的温度计进行比较。赫胥尔意外发现,放在光带红光外的温度计,比室内其他温度计的指示值都要高。经过反复实验,他证实了太阳发出的光线中除了可见光外,还有一种看不见的“热线”,由于位于红色光外侧,因而被称之为“红外光”。
褚君浩和红外光的相遇,也是偶然。由于高考语文作文偏题,他和第一志愿复旦大学失之交臂,被上海师范大学录取。然而,这并未影响他从小对物理的喜爱。1978年,我国恢复研究生考试。中国科学院院士严东生很欣赏机敏好学的褚君浩,便推荐他参加中国科学院上海技术物理所的研究生录取考试。当时,在上海技物所,中国半导体科学和红外技术开拓者之一、著名红外物理学家汤定元已经敏锐地看到,碲镉汞是制备第三代红外光子探测器最重要的材料,也是开展太空探测的基础。因此,他选择以窄禁带半导体碲镉汞作为主攻方向,亲自组建团队开展窄禁带半导体物理基础研究。然而,从本科到毕业后在普陀区梅陇中学当老师,褚君浩始终偏好的是理论物理,这一切,对于当时还是红外物理的“门外汉”褚君浩来说是全新的。求学心切的他想到复旦大学研究生录取考试还要晚半年才举行,便决定去试试。凭借本科学习打下的坚实基础,他自学了黄昆和谢希德的《半导体物理学》,以90分的高分通过了考试,师从汤定元先生,踏上了红外物理科研之路。
汤定元给褚君浩布置的是一项“看似不可能”的任务——测量出碲镉汞红外本征光吸收光谱。这在当时是一个世界级难题,尚无人攻克。要做出碲镉汞红外本征光吸收光谱,首先就需要制备出大量碲镉汞薄样品,来解决如何测量高吸收系数的问题。然而这种样品价格昂贵,指甲盖大小就需要上千美元。令褚君浩感动的是,研究所其他小组在生长这种材料,他们毫无保留地贡献出自己的资源出来,集合一切力量,帮助褚君浩开展从“0”到“1”的突破。
“当时那些样品袋我都保存着。”指了指书柜,褚君浩说。虽然纸袋早已空空荡荡,但却盛满了科研人携手合作的情谊。