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。
图说:褚君浩始终保持着对学习和阅读的热爱本报记者陶磊摄
科研路
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。
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。
图说:褚君浩在技术创新论坛上作报告采访对象供图
2带着学生一起向前跑
宇宙苍穹,红外光虽然无法用肉眼看见,但时时刻刻帮助人们洞察世界的真相。照向国之重器,也直抵民生所需。有了它的助力,“玉兔号”月球车和“祝融号”火星车得以睁开“眼睛”,探测星球表面的物质成分;风云卫星能够实时采集数据,为大气做“CT”,追踪台风飘忽不定的轨迹;救援人员能探测山林大火之后哪里还有生命留存……
为了“看见”这道光,更为了让这道光为国为民所用,褚君浩已经奋斗了半个多世纪。他坦言,上世纪80年代初曾有机会赴美攻读博士,且一年的津贴是留在国内的20倍。不过,要转攻其他领域。听取了汤定元先生建议,褚君浩选择了留在技物所。
“红外技术是买不到的。经过几十年自立自强研究发展。从上世纪90年代开始,我们已经不再受技术‘卡脖子’的影响,构建了从基础研究、应用研究到工程应用的独立体系。”褚君浩祖籍江苏宜兴,从小生活在上海,言谈中带着软糯的南方口音,但是,讲到红外技术的发展前景,他的语气铿锵有力。“我们已经能够制备出很好的窄禁带半导体材料,在不同的波段都有很好的性能,并且把这些材料、器件应用于空天科技、风云卫星、火星探测、月球探测等各个领域。”褚君浩打了个形象的比方,“我们已经从跟跑到并排跑,到现在开始部分领跑。”
图说:褚君浩在办公室内工作采访对象供图
而在后辈学生们眼中,褚君浩就是那个定方向的人,跟着他走,总会有收获。因为他总会宽容地说,“如果能证明这个材料不能做,也是一种成果”。
如今也已经成为一名博导的黄志明研究员是70后,他申请的国家发明专利“单色仪分光红外椭圆偏振光谱仪”曾获第五届中国国际发明展览会金奖。很少有人知道,这个课题在开展半年时,差一点因为计算遇到瓶颈而夭折。“褚院士对我说,你回去考虑三天,三天后如果还觉得要放弃,那就放弃。”黄志明说,经过褚院士的点拨和鼓励,课题出现了转机。最终这套红外椭圆偏振光谱仪成为科研人员的手中利器,帮助团队完成了一系列新材料光学常数的测定,也坚定了年轻科研人员在红外物理研究这条路上的决心。
“做,要做到极致。”这是褚君浩对自己和团队的要求。
成长路
爱科学的心是这样炼成的
不做书呆子养成学习好习惯
如今,在华东师大档案馆中,摆放着一张大书桌。这是褚君浩院士一家的回忆。
书桌的抽屉里,藏着童年的蟋蟀罐,藏着1956年“上海市中小学生及自学小组学生体育运动会”跑步比赛第二名的奖牌,藏着不够完美的成绩单,也藏着一个“小调皮”对世界蓬勃的好奇心。
小学时,褚君浩远算不上“学霸”。体育和自然拿了5分(满分),其余科目中,阅读4分、作文4分、写字3分、算术4分,和标准意义上的优等生相距甚远。在他的世界,游戏和运动是绝对主角,放学后的时光属于在丽娃河游泳、登上第五宿舍尖顶讲故事、和伙伴们一起爬树。
“好动手、好动脑、会玩、会运动,广交朋友,不是一个呆子。”若干年后,华东师大附小老校长陈先墀老先生点评了这位当年的学生。陈老先生写道,褚君浩的成功,是因为保持了“纯洁的童心、为大众的初心、科普的热心、对事业的爱心、努力工作的决心”。“我有个很好的习惯,就是上课注意力非常集中,只看黑板、老师和书三个地方,这样放学后就能很快完成功课。”褚君浩自我总结。
图说:褚君浩采访对象供图
读书勤思考写下3万字札记
字里行间,跃动少年蓬勃的求知欲。从月亮的圆缺、宇宙的起源到电子何以会围绕核作不停的运动,从“无穷点的比较问题或无穷数的比较”到“乒乓球中的削球原理之联想”“人造卫星和天体物理学的将来”,物理、数学、天文等方面的种种问题,都引发了他无穷的探究和推演。
图书馆成了褚君浩最爱去的地方,泛黄的笔记本上,留下科学少年长长的阅读书单。一本巴掌大的特殊“影集”记录了当年爱书人特别的借阅方式——用微缩相机将原版图书一张张拍下,再影印装订起来。在读完笛卡尔的《哲学原理》后,褚君浩写道,“我们要以怀疑一切的眼光来对待一切科学结果,尤其是那些所谓不言而喻的结论。要对于感官所见的对象,完全正确地运用自己的理性而再形成判断,方能摆脱因外来影响而产生的谬误。”
读大学时,褚君浩给自己起了个笔名,叫“坦牛”。他对人说,这个名字意味着“在平坦的大道上,像牛一样勤奋地工作”。其实他真实的想法是,要当一名像“爱因斯坦”和“牛顿”那样的科学家。
图说:褚君浩在研究生期间进行碲镉汞吸收光谱研究采访对象供图
找到好伙伴父母言传又身教
图说:褚君浩在梅陇中学教书时指导学生做课外科技活动采访对象供图
院士问答
思维和创新是科研的灵魂
作为一名热心科普的科学家,面对不同的受众,褚君浩总有办法用深入浅出的语言,描述红外光的神奇。他为不同听众群体量身制定科普报告:面对中小学生,他喜欢讲科学家的小故事,激发他们探索科学的兴趣;面对社会大众,他聊科学常识,也聊“物联网”等最新科技动态,解读公众对科学问题、社会现象的疑问;面对公务员、产业界人士以及各行业领军人士,他讲高科技发展趋势,从光电信息获取联系到智慧城市建设,从光电能量转换联系到可再生能源和低碳城市。
因此,他对年轻科研人员,对中小学生都有自己的建议——
问:您最看重青年科研工作者身上哪些特质?
问:作为上海市青少年科学研究院院长,您认为该如何保护孩子们对世界的好奇心,激发他们探索世界的欲望?
答:欣赏音乐。我最喜欢的英文歌是“Youraisemeup”,中文歌是《我和我的祖国》。它们的歌词有着深刻的内涵,每一段都围绕着主旋律重复,但每一次重复又有着变化。这很像我们做科研工作的过程。最近,我也在试着写一个曲子,反映科学家如何克服困难,不断取得突破。
图说:1988年,褚君浩从德国回来后,在实验室努力工作采访对象供图
褚君浩简历
1945年3月出生在江苏宜兴
1966年毕业于上海师范学院(现上海师范大学)物理系,被分到上海市梅陇中学当物理老师
1978年考上中国科学院上海技术物理研究所研究生,先后获得硕士学位和博士学位
1984年12月起,担任中国科学院上海技术物理研究所物理室副主任
1993年7月起,担任中国科学院红外物理国家重点实验室主任
2005年正式当选中国科学院院士
●曾获全国首届创新争先奖章、第十四届上海市大众科学传播杰出人物、首届上海统一战线岗位建功十大楷模、上海市科普创新杰出人物奖、2017年度“感动上海人物”等多项荣誉,并被多家媒体誉为“心系科普的院士”。
●发表学术论文800余篇,专利100余项,出版专著6部,先后获得国家自然科学奖3次、省部级科学技术奖12项。