《晶體生長的物理基礎》再版發行 序

祝世寧

閔乃本先生的專著《晶體生長的物理基礎》再次出版了。該書首次出版是在1982年，由上海科技出版社出版，并于次年獲全國科技圖書一等獎。這次重新出版保持了原版的體系和特色，又補充了先生生前百忙之中對原書親自做的仔細校訂與補充，使得讀者在使用該書時更方便。這次再版既滿足了晶體界與材料界對一本高水平晶體生長教科書和參考書的期待，也了卻先生生前為了呼應同行們的需求，將其修訂出版的心愿。

閔先生一生追求科學，興趣廣泛，對諸多領域都有涉獵，但最成系統，最有影響的貢獻涉及二個方面，一是以介電體超晶格為代表的微結構科學，二是有關晶體生長機制的理論。貌似相隔甚遠的二個方向，先生的科研實踐將其關聯了起來。正是基于閔先生晶體生長理論與技術研制出的聚片多疇鈮酸鋰晶體，架起了二者之間的橋梁，這導致了上世紀80年代初南京大學利用該晶體實現了激光倍頻增強實驗，明確驗證了由諾貝爾獎獲得者Bloembergen等人1962年提出的非線性光學中的準相位匹配理論。80年代中期，閔先生在上述工作基礎上提出了介電體超晶格的概念并組建團隊發展出了光學超晶格、聲學超晶格和離子型聲子晶體三類微結構材料體系，這些工作早于國際上提出光子晶體、聲子晶體和超構材料等，為國際上微結構功能材料研究的快速崛起做出了貢獻，也奠定中國在這一領域的國際學術影響。這方面的系統工作曾獲2006年度國家自然科學一等獎。

閔先生對晶體生長的研究其實比介電體超晶格更早。1959年閔先生大學畢業留校工作，在馮端先生帶領下，他闖入了當時在國內尚是空白的晶體缺陷領域。他與同事一起設計了我國第一臺電子轟擊儀，成功地制備了難熔金屬單晶體，獲得國家科技產品二等獎。到1965年，他在晶體缺陷領域的研究水平已經進入國際前沿。20世紀70年代以后，半導體和激光技術的發展，使中國的科學家敏銳地覺察到人工晶體的重要性。閔先生轉而開始了對激光與非線性光學晶體生長的研究。當時對晶體生長機理的系統理論不僅國內沒有，國際上也沒有建立，完全是一片尚未開發的處女地，先生便萌生了將自己平時的講義完善成一本包含晶體生長系統理論的教科書和參考書。正如閔先生自己在本書初版的序言中所述，當時“這門學科國內尚無專著，在國外也找不到一本較為系統的參考書”，所以難度可想而知。閔先生正是靠著自己扎實的物理功底，超人的悟性以及多年的實踐經驗，系統地總結了不同條件下晶體生長規律，發展和完善了完整晶體、缺陷晶體的生長理論，完成了該書的寫作。其實這已不是一般意義上的教科書，而是他自己十多年晶體生長的理解和研究成果的系統總結。1982年，41萬字的專著《晶體生長的物理基礎》問世，成為當時國際上第一本全面論述晶體生長的理論專著。盡管該書成書較早，但到目前為止，該書仍是有特色的闡述晶體生長物理和技術的不多的幾本專著之一(其他專著如F．Rosenberger著Fundamentals of Crystal Growth，(Springer,1979)；A. Pimpinelli 和J. Villain 著Physics of Crystal Growth (Cambridge University Press, 1998); 以及Ivan V Markov 著Crystal Growth for Beginners (World Scientific, 1995))。 雖然上述猶他大學的Rosenberger教授(羅森伯格，美國晶體生長協會副主席)著的“Fundamentals of Crystal Growth” 出版于1979年，但由于歷史的原因，先生是直到他專著完稿后才看此書的(當時羅森伯格也只完成了三卷中的第一卷)。有趣的是1982年到1984年，閔先生應羅森伯格教授的邀請去猶他大學做訪問研究，羅森伯格在他的課堂上拿出先生的專著向學生介紹: “在晶體生長這一領域里，全世界可稱為專著的只有兩部書，一本的作者是我，另一本的作者是閔教授。現在我們同時出現在你們面前給你們講課，你們是多么幸運啊!”。這段插曲已成為中美晶體生長界交流史上的一段佳話。《晶體生長的物理基礎》在晶體研制大國日本也產生很大影響，著名晶體學家、東北大學教授砂川一郎在日本結晶成長學會志(Vol.10, No. 3-4, P.21)的書評中指出：“…該書內容新穎而且系統，包含了非常高深的內容，而且以一個完整的思路全面闡述了晶體生長學。例如，我們知道的有關成核、晶體生長機制、界面結構和形貌學等方面的理論和計算機模擬的結果都收集在該書中。通覽一下該書主要參考書目的內容，也能知道無論在深度和廣度上，作者對晶體生長的理解都是十分透徹的”。中國晶體學的奠基人之一錢臨照先生專門為該書寫了書評，稱之為“國內第一本全面論述晶體生長的理論專著…，國際上在此領域也不多見”(見 “物理”14卷第7期)。作為一本廣受歡迎的教材和參考書，這本書也確承擔了相應的歷史責任，培養了好幾代中國材料物理和晶體生長工作者。

從上世紀七十年代開始，先生花了近十年時間才完成了《晶體生長的物理基礎》一書，其中遇到的困難不計其數，在那特殊的歷史時期，這過程猶如鳳凰涅槃。八十年代開始，情況好轉，閔先生的研究受到國際同行越來越多的關注。1982年到1984年，先生應羅森伯格教授之邀以訪問學者的身份到美國猶他大學做合作研究，在此期間，他成功地解釋了晶面熱致粗糙化的難題，修正了晶體生長的“杰克遜”理論，并被譽為“近十年來晶體生長領域最好的研究成果”，他也因此獲得美國猶他大學和黑格斯飛彈公司聯合設立的“大力神”獎。八十年代閔先生晶體生長研究方面最重要的貢獻是提出與建立了系統的晶體生長的缺陷機制理論。早在1949年晶體學家Frank提出了晶體生長的螺位錯機制，在七八十年代，人們陸續觀察到不僅是螺位錯，刃位錯、層錯、孿晶等缺陷在晶體生長過程中都有作為生長臺階源的跡象，然而一直沒有進行深刻的理論解釋，閔先生基于缺陷引起的點陣畸變以及缺陷鄰近原子組態的分析，將螺位錯機制推廣為包括刃位錯、混合位錯、層錯、孿晶等在內的更為普遍的缺陷機制，給出了實際晶體生長的缺陷機制理論[J. Crystal Growth 128 (1993) 104-112; ibid. 115 (1991) 199-202; ibid., 87 (1988) 13-17; ibid., 91 (1988) 11-15]。根據這些機制，任何可以在晶體生長表面提供臺階源的缺陷都能為晶體生長做出貢獻,這些臺階源包括完全臺階和不完全臺階(亞臺階)等，這一機制建立成為經典晶體生長理論近幾十年來最重要的發展之一。 在不同的應用場合，先生提出的生長理論分別被稱為“閔氏孿晶片理論” 、“亞臺階機制/理論”等，并被應用到了片狀銀鹽制備、蛋白質晶體生長、納米材料制備、馳豫鐵電體制備、金剛石生長、光電功能晶體生長等廣泛體系中。

非常遺憾的是，由于《晶體生長的物理基礎》成書較早，上述先生1982年以后在晶體生長方面的諸多貢獻還未來得及收錄到這本書中。為了將晶體生長理論系統化，先生生前也曾著力籌劃為本書增添幾個章節，把最新的成果與進展收錄進來。但東風無力管蒼天，先生的這一夙愿最終還是沒能實現。將《晶體生長的物理基礎》以目前形式出版也是對先生的一種追思，先生開創的事業必將發揚光大，后繼有人。

借此機會，我要感謝師母葛傳珍老師，她對本次出版提出很多寶貴意見，并提供了珍貴的照片與資料，更重要的是她充分信任與支持。一輩子與先生的朝夕相處，患難與共甚至曾經的參與使得她對此書有特殊的理解與感情，這都感染了我們努力把事情做好！感謝朱永元和姚淑華兩位老師，他們對書稿進行了詳細的校驗，提出了許多好建議。感謝先生的許多學生和同仁對這事的關注與鼓勵，沒有大家的理解和共同努力，這項任務是很難完成的。感謝編輯王楠雁女士和吳汀先生，你們不辭辛苦一遍又一遍與我們溝通，提供建設性方案，體現了專業水平和敬業精神。