人文的精神 科學的追求
——記重慶大學物理學院物理系教授、凝聚態物理研究所所長趙鏵

本刊記者 季 委

人文的精神 科學的追求
——記重慶大學物理學院物理系教授、凝聚態物理研究所所長趙鏵

本刊記者 季 委

1989年在意大利做高溫超導實驗

科研，對于很多學者、教授來說，是一個艱辛而酸澀的詞。有人曾將科研比喻成一個無底洞，大量的時間和精力投入進去，得到的僅是曇花一現的驚喜，而在這唯一的驚喜之前，卻是默默無聞的探索耕耘。搞科學研究尤其是物理理論研究總是與寂寞為伴，并總在不斷地挑戰、創新和超越。趙鏵，就是這樣一個挑戰者、創新者和超越者。盡管他從未提及科研路上走過的曲折，但在他一個個科研成果的背后，艱辛和認真踏實可以想象得出來，永不止步的科學精神可以看得出來。

迷上高溫超導體

趙鏵的科研之路，得從大學時代談起。上世紀八十年代，趙鏵在四川師范大學物理系固體物理專業畢業后，取得理學學士學位，之后又在西南交通大學物理系理論物理專業完成碩士學業。趙鏵很早便顯示出了在科研領域的天賦，他寫過的一篇關于二維三角形點陣上XY模型的精確熱力學性質及KT相變的文章，于1988年7月在第二屆巴黎磁性理論磁性材料及其應用國際會議上被《J.de.Physique》接受并發表。

1986年柏諾茲（Bednorz）和繆勒（Mueller）發現了高溫超導體。還在讀物理碩士的趙鏵很快便被這新鮮之物吸引了，并開始仔細研究高溫超導的研究成果，希望能夠找到新的配對機理。碩士畢業后，1989年整個炎熱的夏天，他一個人泡在圖書館里如饑似渴地閱讀著大量關于高溫超導方面的文獻和理論，獲得了扎實的多體電子理論知識。從那時開始，趙鏵邁出了他未來長期致力凝聚態物理理論研究的堅實一步。

1989年9月，趙鏵專程前往意大利，參加位于北方海岸城市雷米尼（Remini）召開的“歐洲材料研究國際會議”，接著又前往意大利帕爾馬市（Parma）的意大利科學院MASPEC國家電磁材料研究所，從事關于高溫超導體的磁性測量和高溫超導微觀機理及強關聯體系的研究。

進入導電聚合物的王國

星轉斗移，一個新的領域引起了趙鏵的興趣：有機半導體的孤子導電理論。在復旦大學攻讀博士學位期間，趙鏵研究有機高分子的電子相互作用和電子關聯，計算出了一維共軛聚合物鏈π電子的對角和非對角相互作用下的激子束縛能，該結果發表在1997年國際著名雜志美國物理評論B（Phys.Rev.B）上，引起了學界較大的關注。1997年2月，他應邀參加在北京召開的“中韓合成金屬雙邊研討會”，做了關于共軛聚合物中非對角相互作用對激子態影響的口頭發言。第二年，趙鏵以學者身份，應邀到香港大學化學系訪問。訪問其間，他在自己的研究領域內又有了新的突破，推導并建立了包含所有電子相互作用項的電子相互作用模型。該模型被用于計算了一維共軛高聚物鏈π電子體系的基態能量和電荷密度對外電場的響應。

對于趙鏵而言，這顯然只是一個好的開始。香港訪問結束后，他很快又轉戰韓國浦項（Pohang）科技大學化學系和超功能材料中心做博士后，進行有機電子體系的理論研究。1999年12月底趙鏵離開韓國，不到一個月，幾乎馬不停蹄，又前往加拿大麥克瑪斯特（McMaster）大學天體與物理系做博士后，從事納米半導體電子結構理論研究，后在電子工程系做副研究員從事半導體理論研究。

這期間，趙鏵在自己的科研領域又前進了一小步。他首次借用重整化方法將多帶一維共軛聚合物分子鏈（polyphenylenevinylene（PPV））化為一個有效的單帶模型結構，成功地計算了無限長PPV的能隙以及有限個PPV單元的分子最高占據軌道與最低空軌道（HOMO—LUNO）之間的能級間隔，計算結果與包含屏蔽庫侖勢(G W)的從頭計算方法所得結果一致。2001年該研究全文發表在英國物理期刊的凝聚態物理專刊上。同時，他還研究計算了一個量子點在兩個超導體之間的電子輸運問題。但是，電子關聯問題一直是個令人關心的國際性難題，更沒有一個解析的公式可用來進行計算。這個問題一直縈繞在他的心頭。

電子關聯理論的研究成果

2003年底，旅居國外多年的趙鏵回歸祖國，并被作為回國人才引進到重慶大學數理學院物理系任教授，并擔任凝聚態物理研究所所長。趙鏵將自己多年在國外的科研經驗融入國內的高校環境，在教學的同時，繼續著自己多年的研究課題：電子關聯理論。很快，便取得新的突破。對于π電子相互作用體系，他首次導出一個計算電子間長程關聯能的理論公式，填補了國內外在這方面的一個理論空白。據此公式，只要知道格點電荷密度和鍵電荷密度，就可以計算體系的長程關聯能，并將其成功應用于一維共軛π電子體系（如polyacetylene（PA）和PPV）。這個公式，避免了繁雜的數值計算(如DMRG)，對PA關聯能的計算結果與其它方法計算所得結果一致。2006年論文全文發表在國際權威歐洲物理評論Euro.Phys.J.B上。緊接著，趙鏵趁熱打鐵，又進一步考慮了非對角相互作用，推出一個完整的長程關聯能計算公式，并建立一個有效的長程關聯哈密頓量。該成果于2010年發表在國際超導和磁性物理期刊J. Supercond.& Novel Mag和IJMPB上。現在，他又正在進行同一格點上短程電子關聯（強電子關聯）的理論研究，已有初步的結果。

通常而言，很多物理問題都涉及到體系的激發態，比如，激子和極化子問題。趙鏵心里清楚，激發態情況下的關聯能計算還沒有。所以，他又致力于建立有機共軛π電子體系的激發態電子關聯理論計算公式和有關方法，討論了激發態下的關聯能計算問題，并在2009年9月在日本北海道的Niseko參加《第八屆有機金屬、有機超導和有機鐵磁體國際研討會（ISCOM2009）》上進行了交流。該理論發表在國際物理期刊Physica B（2010）上。緊接著，他又研究討論了長程電子關聯對激子激發態的影響并進行了計算。2010年7月，趙鏵在日本京都舉行的《合成金屬科學和技術國際會議（ICSM2010）》上與國內外專家進行了交流，成果將發表在美國物理評論（Phys.Rev.B）上。

除了有機導電高分子外，趙鏵對其他半導體材料也感興趣，比如，計算ZnO(氧化鋅)半導體薄膜的激子問題，以及ZnO材料在摻雜下的光電性質,分別發表在2007年和2009年國際物理期刊IJMPB上和J.Appl.Phys.上。目前又在進行二維晶格結構如石墨烯和三維結構如無機材料氧化鋅等半導體材料的關聯能理論計算，研究它們可能的奇特的光電磁性能，以及探究新型光伏材料的物理背景。

自2003年底回國以來，趙鏵已培養凝聚態物理研究生十多人?；貒?，他發現西南地區，凝聚態物理學科是薄弱環節，分不清固體物理和凝聚態物理的區別，更沒有凝聚態物理這門課程，于是他自己編寫《凝聚態物理理論基礎》教材，給研究生開設這門課。除了給研究生上有機高分子中孤子和極化子理論凝聚態物理課程外，他還為研究生講授量子統計物理、量子化學、高等量子力學、群論，同時為本科生固體物理、數學物理方法。他是個知識廣博全面的人，除了物理研究，他還開設了全校素質教育課“人文與天地自然”，向大學生深刻講解什么是科學、什么是人文，講解科學精神和人文精神對當代年輕人的重要性、講解宗教基本知識并編寫了教材《科學、人文與宗教文化》。

科學的魔力就像一塊磁石深深的吸引著趙鏵，為此他經常在國際學術會議間奔走。從1988年至今已分別在法國、意大利、美國、加拿大、香港、日本和北京出席國際、國內學術會議多次。趙鏵在科學之路上，一步一個腳印，默默耕耘二十余載，永不倦??！

專家簡介：趙鏵，重慶大學物理學院（原為數理學院）物理系教授，研究生導師，凝聚態物理研究所所長，重慶市光譜學會秘書長。主要從事凝聚態物理理論和有機功能高分子的物理理論研究，曾在香港大學任訪問學者，并先后在韓國浦項科技大學、加拿大麥克馬斯特大學博士后和副研究員期間從事上述兩個領域的研究。目前已在國外權威物理期刊上發表凝聚態理論學術研究論文二十余篇。