本刊特約記者
褚君浩,1945年3月20日出生于江蘇宜興。紅外物理學家、著名半導體物理和器件專家、上海技術物理研究所研究員、華東師范大學信息科學技術學院院長、上海市政府參事、上海市科普作家協會理事長。2005年當選為中國科學院院士。曾任第十、十一屆全國人大代表。1985年加入九三學社,現擔任九三學社中央科普工作委員會主任。2004年獲得國家重點實驗室計劃先進個人獎、國家“973”計劃先進個人獎,2005年獲得國家自然科學獎二等獎,2014年被授予“十佳全國優秀科技工作者”稱號。
他是中國自主培養的第一位紅外物理博士,發現了最完整的用于研制紅外探測器的碲鎘汞本征光吸收光譜;獲得最具有直接物理意義的碲鎘汞禁帶寬度和組分、溫度的關系式,被國際上稱為CXT公式(褚-徐-湯);建立了研究窄禁帶半導體MIS器件結構二維電子氣子能帶結構的理論模型……褚君浩在紅外物理、窄禁帶半導體以及鐵電薄膜等極化材料器件物理的應用研究方面,取得系統的創新研究成果,促進了半導體學科的發展,為我國紅外物理和技術應用的發展做出貢獻,曾獲國家自然科學獎3次、省部級科學獎項12次,發表SCI學報論文400余篇,出版專著3部、編著8部,獲得發明專利20余項,研究成果被國內外廣泛引用,并被大篇幅寫進美國、英國、荷蘭、前蘇聯等出版的科學手冊和專著中。
來北京開會的間隙,褚院士抽空接受了我們的采訪。言談之中,他總是面帶微笑,謙虛地回答各種問題。雖已屆古稀之年,卻依舊精力充沛,致力于最新的科學研究領域。可以說,褚君浩的人生實現了科研與科普的完美結合,是科學研究與科普工作相得益彰、互相促進的典范。
“物理迷”成為第一位
紅外物理博士
褚君浩的父親褚紹唐先生是我國第一位地理教育學碩士生導師,我國著名地理教育家、歷史地理學家,原任教于上海暨南大學史地系,1951年華東師大建校時即到華東師大地理系工作, 1980年創設我國第一個地理教育碩士點。
1953年,8歲的褚君浩隨父母從虹口區搬家到華東師大,在師大附小讀四年級。在褚君浩的童年記憶中,下麗娃河游泳,爬上第五宿舍尖頂講故事……這些片段如金子般閃閃發光,師大校園的人文底蘊,知識分子家庭環境的寬松、多元和鼓勵探索的氣氛,都有利于他自由自在地成長。
受父親影響,褚君浩從小喜歡看家里訂閱的《科學畫報》《科學大眾》等科普雜志和科學家傳記,時不時做些小發明,制作簡便的吸塵器、將兩塊凸透鏡做成望遠鏡……上中學后,褚君浩迷上了物理學。在徐匯中學念初三時,他從圖書館借閱《從近代物理學來看宇宙》《眼睛和太陽》以及天文學方面的教科書,高中時就閱讀了《相對論ABC》和原子物理學方面的書籍。雖然只能讀懂小部分,但對科研的興趣已經在少年褚君浩心里萌動。他開始寫論文探究一些問題,比如《相對-絕對觀念的初步探討》。
“我都很認真地做了筆記,雖然當時對這些理論只是表面上的理解,不過還是為后來的學習奠定了一些基礎。”
1962年高考時,褚君浩只填報了一個專業—物理,因為哥哥姐姐都在外地念書,他連續填報了復旦大學物理系、華東師大物理系和上海師院物理系三個志愿,結果物理考了滿分,但作文審題失誤,總分被拉了下來,進了第三志愿—上海師院物理系。
“當時我的想法就是,非物理系不上!” 那時都是水平最高的老師來上課,在上海師院的4年,褚君浩聽涂羽卿、沈德滋、束世杰、江浩、朱鴻鶚、闞仲元、潘大勛等名師授課,為他之后從事物理研究奠定了基礎。
從上海師范學院的物理系畢業后,趕上“文革”的他在中學里做了10年物理老師。 不過這10年未能消磨掉他的科學意志。褚君浩不是那種甘于寂寞的人,閑暇時他仍堅持做一些研究,對理論物理不改初衷。
1978年中國恢復研究生考試,在中科院院士嚴東生先生的推薦下,褚君浩參加了中國科學院上海技術物理所的研究生錄取考試。
“我過去并不了解半導體材料學,也不能稱得上喜歡這個專業,而且我完全沒有接觸過半導體物理學, 可以說是一個徹頭徹尾的‘門外漢。”
但正是這位“門外漢”,硬是憑借本科學習打下的基礎自學了黃昆和謝希德的《半導體物理學》,在錄取考試中的筆試環節取得90分的高分,順利進入中科院上海技術物理所。而當時筆試的第一名,一位在北京大學接受過半導體物理專業教育的學生,也只比褚君浩高了2分。
他師從著名紅外物理學家、中科院院士湯定元,開始了他在紅外物理領域的科研生涯。1984年,褚君浩成為我國自主培養的第一位紅外物理博士。由于科研成績突出,他博士畢業后留在上海技術物理研究所任物理室副主任。
1983年,褚君浩在《紅外研究》雜志上發表了一篇關于HgCdTe的文章。但幾個月后,研究所里情報室的人找到這個年輕人,詢問他為什么這篇文章的英文版會刊登在美國國防部所屬的AD報告(美國國防部科技報告)上。褚君浩笑稱自己當時“嚇了一跳”,畢竟“文革”剛剛結束,自己如果主動向美國國防部方面投稿的話,可能會惹來“里通外國”的嫌疑。
“好在情報室的人也只是在和我開個玩笑,看我緊張了才告知,紅外物理研究是美國極為關注的領域,這篇文章是美國方面主動翻譯并刊登的。”
此后30多年,褚君浩在紅外光電子物理和半導體科學技術研究之路上越走越遠。他先后承擔國家“973”、“攀登”、國家自然科學基金創新研究群體重大項目等12項科研任務。他的研究結果被美國依里諾依大學編入軟件包,被美國空軍研究實驗室、英國菲力浦研究實驗室等30多家單位作為碲鎘汞材料器件和相關理論和實驗研究的依據。碲鎘汞帶間躍遷本征吸收光譜等20項研究結果作為標準數據和關系式,被寫入國際權威科學手冊Landoldt-Boerstein(《科學技術中的數據和函數關系》)。1997年起,他被特邀為該書“含Hg化合物部分”修訂負責人。他的研究結果還被大段引入美國《固體光學常數手冊》、英國《窄禁帶鎘基化合物的性質》、荷蘭《混晶半導體光學性質》、前蘇聯《半導體光譜和電子結構》等著作。美國《材料學會通報》《現代薄膜和表面技術》雜志分別發表專文介紹這些成果。
2000年,美國Kluwer Academic/Plenum出版社計劃出版《微科學叢書》時,主編之一、曾任美國II-VI族材料物理與化學討論會主席的A.Sher先生推薦褚君浩撰寫專著,并評價說:“在窄禁帶半導體物理學領域,他們現在不僅已經趕上世界先進水平,并且在一些方面走到了前面。”
2005年,褚君浩撰寫的《窄禁帶半導體物理學》中文版出版了,湯定元院士在序中評價這本書是“全面綜述窄禁帶半導體有關研究成果的國際上第一本專著”。那一年,褚君浩當選中國科學院信息技術科學部院士。
國家榮譽第一
1986年2月至1988年11月,褚君浩作為洪堡研究員,在德國慕尼黑理工大學物理系進行窄禁帶半導體二維電子氣研究。初到柯霍教授的實驗室,他就遇到一個難題:有一臺遠紅外激光器工作時,幾乎連5分鐘也穩定不了,德國博士生對此一籌莫展。褚君浩經過一連幾天的觀察、摸索,弄清了這臺儀器的運作原理和運作方式,在一周內把儀器調節到可以連續穩定工作6至8個小時,令一向嚴謹的德國人非常佩服。寒冬時分,褚君浩做碲鎘汞二維電子自旋共振實驗,由于太專注忘了調節實驗室的暖氣閥,連續幾天下來凍著了,得了肺炎。可實驗結果卻很好,褚君浩興奮得幾乎忘卻了病痛。
在褚君浩的心中,國家利益、社會責任始終擺在最重要的位置上。在德國兩年零十個月的時間里,他從事的研究項目與中科院上海技物所原來的研究密切相關。
“與國外相比,當時國內的研究條件很有限,我非常珍惜這個機會,利用外國先進的實驗設備,吸收他們先進的研究方法,那段時間的成果和經驗對國內今后的研究是一次很好的積累。”
懷著對祖國科學發展的責任感,德國優厚的研究和生活條件并沒有打動他,當中科院上海技物所召他回國時,褚君浩義無反顧地舉家回國。回顧這些年的發展,他得出結論:科學技術的發展對國家的發展至關重要,所以科研工作者的成就感要與國家榮譽、社會責任緊密相連。
從德國回來后,他擔任中科院上海技術物理研究所副研究員、紅外物理國家重點實驗室副主任,1992年晉升為研究員,1993年至2003年任紅外物理國家重點實驗室主任。在他帶領下,該實驗室在1997年和2002年國家評估中均被評為優秀,連續4次被評為國家A級實驗室,中國在這個領域的學術水平躋身全球第一梯隊。2006年起他又擔任華東師大教授,籌建了極化材料與器件教育部重點實驗室、多維度信息處理上海市重點實驗室,以推進華東師大信息學院的學科建設和科研發展。2008年,在中科院上海分院籌建了上海太陽能電池研究與發展中心,華東師大是理事單位之一,建立了薄膜太陽電池實驗室研究平臺、測試平臺,以及硅材料提純研究平臺和光伏電池上網逆變器研究平臺等。
曾經榮獲國家自然科學獎二等獎的“碲鎘汞薄膜的光電躍遷和紅外焦平面材料器件研究”,處于紅外光電子信息學科的科學前沿。褚君浩從上個世紀90年代就開始做這項研究,主要是研究碲鎘汞半導體中的帶間光吸收躍遷效應,以及帶內、雜質、聲子光躍遷、載流子輸運和碲鎘汞紅外焦平面材料器件研制的基本物理問題。多年的努力獲得了成功,這個項目發表論文后被他人引用達180次,其中獲得的碲鎘汞帶間躍遷本征吸收系數表達式等14項描述碲鎘汞基本物理性質的研究結果,被寫入了國際權威科學手冊Landoldt-Boerstein(《科學技術中的數據和函數關系》),成為碲鎘汞材紅外焦平面材料器件設計的重要依據。
褚君浩認為科學研究不應僅僅停留在理論基礎上,而要與實際運用相結合,“我的老師湯定元院士主張‘格物致知,學以致用,在掌握科學規律后,就要把基礎研究與器件設計相結合。”以這個項目而言,其研究結果是解決了材料設計、生長和表征以及器件設計和制備中的技術基礎問題,從而研制成64×64元碲鎘汞紅外焦平面列陣,研制成1024×1元的碲鎘汞線列焦平面,繼而又促進了2048×1元和128×128元碲鎘汞焦平面器件的研制成功,都實現了紅外成像。其中256×1元的碲鎘汞線列焦平面還在衛星上獲得實際應用,它所達到的器件水平在國際上繼美國和法國之后位居第三。
近年來,褚君浩的研究團隊又發現了電磁波與半導體/金屬結構的光場耦合效應,研制了室溫工作的高靈敏THz波段紅外探測器;發現了鐵電極化對半導體微納結構載流子的調控,用于新型紅外探測器研制。文章分別發表在《Advanced Materials》和《Nature》子刊等刊物。
“科學研究能帶給我們莫大的成就感,這是金錢無法買來的。”他常常告訴學生,自豪感的背后是持之以恒的努力。他研究的每件材料樣品只有一分錢硬幣大小,這些樣品裝在袋子里。幾年下來,他用完的樣品袋有幾百個,塞滿了實驗桌的抽屜。
“要想真正做好學問,首先要有勤奮好學的態度,三天打魚、兩天曬網是不行的;其次要有好奇心、有求知欲、有追求真理的勇氣,多問為什么;最重要的是必須腳踏實地,在積累中創新,從漸進到實現跨越性發展,這其中需要的是實干精神。”
他對學生的研究態度有嚴格的要求,其核心是踏實和嚴謹,他喜歡將研究工作比做挖井—選好地點,然后就踏踏實實勤勤懇懇地去探究,直到挖出水來。
“我常給學生舉這個例子,研究就像在挖井,只要確定這里有水就要一直挖下去,不能因為一時的困難就放棄,東挖一下,西挖一下,結果就是到處沒水。當然在這口井挖到足夠深的時候,認準方向去挖另一個井,說不定這兩口井是相通的”。
這是他多年研究的心得,也是給學生們的指路明燈。這些年來,他已培養70多名博士,其中獲得全國百篇優秀博士論文獎2名,中國科學院院長特別獎2名、優秀獎2名。他也被贊譽為“挖井院士”。
“心系科普的院士”
“在科學技術高度發展的今天,我國要建設創新型國家,加強全民科學素質教育是重要的基礎性工程。科普工作需要創新思維,以新技術、新媒體、新內容來吸引讀者,必須利用信息傳播各種新技術手段實現多層次、廣受眾的傳播方法,去傳播科學知識、弘揚科學精神。”
難能可貴的是,褚君浩并不滿足于個人和其團隊在科學研究上的原創性探索,他更熱心于科學知識的社會普及,尤其注重科學家探索新知的精神在青年一代人中的培育和傳承。他在科學研究之外的時間,幾乎都奉獻給了科普工作,平均每月做一場科普報告,在報刊上發表科普文章近百篇,撰寫《能量》《黑暗中的半壁江山—紅外》等科普著作,主編新版《十萬個為什么》叢書《能源與環境》分冊……被譽為“心系科普的院士”。
大學畢業后,褚君浩在上海梅隴中學當了10年物理老師。教學之余,邊致力于理論物理研究,邊撰寫科普文章和科普小讀物。10年中學教師生涯,褚君浩養成了用通俗易懂的語言講解科學知識的能力和習慣。他在《解放日報》《文匯報》等報刊上發表了《九天之上》《九天之下》《能量守恒定律是怎樣發現的?》《物質是無限可分的》等20多篇科普文章,1976年在上海人民出版社出版了第一本科普著作《能量》。
1978年,他加入上海市科普作家協會后,更是積極組織、參與各類科普活動。1986年,在九三學社發起舉辦“科技與社會”論壇,策劃組織了12場重要報告,請錢偉長、嚴東生、曹天欽等著名科學家為公眾解疑釋惑。這一系列科普講座逐漸使褚君浩的科普工作不再僅僅是個人化的興趣愛好,而成為上海乃至全國科普工作的一個重要組成部分。2002年,褚君浩發起舉辦“浦江學科交叉論壇”,邀請多學科專家介紹各自領域的前沿動態。該論壇現已連續舉辦14屆,成為上海市科技系統民主黨派的一個知名品牌。2012年,他又組織舉辦了“解讀科學類諾貝爾獎”系列科普報告會以及“回望阿西莫夫、繁榮原創科普”研討會等科普活動。除了組織科普論壇,褚君浩近年所做科普報告超過50余場,平均每個月做一場報告。
作為院士,作為國家“973”項目的首席科學家和多個國家重大項目的負責人,褚君浩的工作日程一直安排得很滿,但只要有單位邀請他去做科普報告,他總是來者不拒。
“沒時間擠時間也要講,科普讀物使我從小樹立了成為科學家的夢想,是推動我走上科研道路的源動力之一。因此,我也很愿意多做些科普工作。這也是院士應盡的社會責任。科普是一項面向全社會的多層面、多視角的工作。針對不同的聽眾群體,需要量身制定科普報告。”
面對中小學生,他喜歡講科學家的小故事,激發他們探索科學的興趣;面對社會大眾,他聊科學常識,聊最新科技動態,解讀公眾對科學問題、社會現象的疑問;面對公務員、產業界人士以及各行業領軍人士,講高科技發展趨勢,從光電信息獲取聯系到智慧城市建設,從光電能量轉換聯系到可再生能源和低碳城市建設,從信息技術高度發展及其與其他物質科學技術的深度融合,去探討新工業革命和創新驅動轉型發展。他覺得這樣不僅能增加他們的知識儲備,同時還將科學的理念和思想傳播給他們,從而有利于決策制定的科學性。
他先后撰寫《黑暗中的半壁江山—紅外》等科普著作,主編新版《十萬個為什么》叢書《能源與環境》分冊、主編《戰略型新興產業科普叢書》,參與編寫《彩圖百科》《科學家庭》等系列科普圖冊,推出“上海市21世紀科普創作形象工程”—新型原創科普叢書《原來如此》……他領導的上海市科普作家協會先后發表科普文章37000 余篇,組織參展或發表科普美術、攝影作品(包括網絡作品)89200 多件,出版科普讀物1100 多種,組織科普演講、科普宣傳和競賽評比等活動5400 多場,獲獎145項,成為上海市科普工作的中堅力量。
2013年1月17日,上海科普教育創新獎首屆頒獎典禮在滬舉行,這是國內目前唯一一個省部級的專門科普獎項,褚君浩獲“科普杰出人物獎”。接過獎杯的褚君浩說:“這份獨一無二的科普獎,和科研工作一樣,也帶給我巨大的成就感。”
2013年4月,褚君浩被任命為九三學社中央科普工作委員會主任,他說,這是一份榮譽,更是一份責任。
參政議政立新功
2002年,褚君浩擔任九三學社上海市委副主委、九三學社中科院上海分院委員會主委。2003年起,褚君浩連續擔任兩屆全國人大代表。
說起參政議政,褚君浩認為這與科研工作并不沖突,“我覺得很有勁,參政議政是讓社會責任具體化,把科研環境的相關問題與它結合起來,既凸顯特色又有現實意義,給我這個發表意見的權利,我就應該盡義務推動科研環境的改進,促進科技的發展。”
2009年褚君浩擔任上海市政府參事后,為上海市建設提出系列建議。關于“低碳世博”,他建議發揮科技優勢,利用核心技術發展低碳經濟,使上海世博會開成一屆低碳的世博會。他的報告得到溫家寶、李克強和韓正的批示。在“上海2010參事國是論壇”上,褚君浩做“科技創新促進上海低碳經濟發展”的報告,指出“新技術是種子、政策是土壤”,呼吁大家關注新技術的生長環境,特別是政策環境,指出只有良好的政策土壤才能將優秀的技術種子孕育成更大的成果。
他積極宣傳光電技術在能源、環保領域的研究進展,先后提出可再生能源產業發展和政策方面的多項議案和建議,促成多項國家相關法案的修訂與完善。2008年,他提出《關于修改可再生能源法以促進太陽能應用的議案》;2009年,他提出的《關于可再生能源并網發電、促進太陽能光伏電池應用的經濟激勵政策》成為國家《可再生能源法》的重要組成部分;2010年,他提出的《關于修改礦產資源的議案》被列入第十一屆全國人大常委會立法計劃;2011年,他提出的《關于制定低碳技術促進法的議案》被全國人大采納。
在聽取2012年的政府工作報告時,時任國務院總理溫家寶談到“要制止太陽能、風電等產業盲目擴張”,褚君浩用紅色鉛筆重重地在上面畫了一道杠,這與他提出的修改《電力法》、制定適應光伏和風電等分布式發電發展需要的政策之提議似乎“有些矛盾”。在他看來,“盲目擴張”4個字可能傳達出一個錯誤的信號,會打擊新能源產業發展的信心。他的一些議案提出后引起相關部門高度重視,并給予了積極響應。國家能源局在書面征求了國務院有關部門、地方政府及電力企業等多家單位意見的基礎上,又專門召開了《電力法》修改議案辦理工作座談會,當面向人大代表匯報辦理工作,形成了書面材料—《關于十一屆全國人大五次會議第19號代表議案的初步處理意見》。接著,相應的促進太陽能應用的積極政策先后出臺。
2015年12月11日,在九三學社第十三屆中央委員會第四次全體會議閉幕會上,褚君浩榮獲第二批“九三楷模”稱號。
從踏入科研之門的那一刻起,褚君浩就把自己的一生獻給了我國物理科學事業。在他的科研生涯中,創新是永恒不變的思想,勤奮是始終信奉的信念。作為一名戰斗在科研一線的科學家,在褚君浩的科學人生中,成功的心得是要認準方向,不懈努力。在他看來,科學研究永遠沒有終點。
責任編輯 尚國敏