王陽元:桃李不言,下自成蹊——紀念黃昆先生誕辰一百周年

選擇字號:   本文共閱讀 447 次 更新時間:2019-11-24 21:30:16

進入專題: 黃昆   物理學  

王陽元  

  

   1953年,我18歲考入北大物理系,當年就受教于黃昆老師。我大學生活的第一堂課,就是黃先生主講的大學本科的基礎課——普通物理。

  

   黃昆先生是中國科學院成立以后第一批學部委員(1955年),他早年畢業于燕京大學和西南聯大,1945 年去英國留學,獲英國布里斯托爾大學博士學位,他與諾貝爾獎獲得者M.玻恩合著《晶格動力學》一書,是固體物理學領域最早也至今仍具有權威性的經典著作。

  

   黃昆先生是世界著名物理學家,他從理論上預言了晶格中雜質有關的X光漫散射和晶體光學振動的唯象理論,被稱為“黃散射”和“黃方程”;他提出并發展了由晶格弛豫引起多聲子躍遷理論“黃-佩卡爾理論”;他提出了有效解決半導體超晶格光學振動模型,并闡明其光學振動模式的要點,被稱為“黃-朱模型”。

  

   新中國成立后,1952 年他就響應祖國召喚回國,就職于北京大學物理系,1953年給我們的講課也是他回國第一次登上講臺。從此,耕耘不息。他為了專注于人才培養,全身心付諸于教學,暫停了他的科學研究工作。

  

   聽黃昆先生講課是一種享受,他思維邏輯嚴密,物理圖像清晰,語言風趣而流暢,我形容聽他的課如高山流水,清晰心間。

  

   后來,在我們比較熟悉以后,他告訴我:講一堂1.5小時的課,他的備課時間則需要10小時。當時聽他的課,沒有書,全憑我們記筆記,十分可惜的是,這些筆記都在我1958年下鄉勞動鍛煉之時,儲存在紅三樓閣樓而被偷了!

  

   在將近兩年學習普通物理課期間,有一次考試經歷使我至今銘記不忘。當時采用口試方式:即進入考場先抽取被考的題目,然后在教室里做半小時準備,按號進入考試小教室。主考人是黃昆先生。我答題后黃先生問我:“你是否當過教師?”,我說沒有,那次口試他給了我一個“優”,這也許是我后來能留校當教師的一個因素吧!

  

   1956年周總理親自主持我們十二年科學規劃。半導體與計算機、核物理、電子學和自動化被列為重點發展的五大學科。記得我當學生期間第一次參加科學講座,就是由他和王守武先生等主持的蘇聯專家主講的“光電池的半導體理論”,黃昆先生鼓勵我,能參加這樣的學術活動很好。由此把我引導到半導體專業領域學習。

  

   1956年,根據中央精神和教育部的決定,由五校即北京大學、復旦大學、廈門大學、東北人民大學(吉大前身)和南京大學的半導體專業老師、高年級學生和實驗室裝備全部集中到北京大學,舉辦由五校聯合的半導體專業,分別由黃昆、謝希德任正副主任。實驗室則由北大黃永寶教授和劉士毅教授(廈大)任正副主任。清華大學派了八位學生旁聽,南開大學也派了部分學生參加。連續兩年培養了近三百名畢業生,其中又以北大學生為主并選拔了其他四個學校中的少數大四學生,成為五年制學生。我有幸成為我國半導體專業的第一批學生,這批學生畢業后,大都成為我國半導體和集成電路的學術帶頭人和骨干。所以學界把這一由中央決策、五校在北大聯合舉辦的半導體專業稱之為“半導體的黃埔軍校”。在聯合半導體化專門化班上,由黃昆、謝希德共同主講半導體物理、固體物理,對五年制的學生,又增加了一門半導體理論。在講課時也沒有現成教科書,全由他們講課,我們學生記筆記。直到兩年后才有黃昆、謝希德合著《半導體物理》和黃昆著《固體物理》書的出版。

  

   現在媒體上任意的稱XX人為我國半導體教父,XX人為我國集成電路芯片教父,他們既不懂中國半導體和集成電路發展歷史,更沒有嚴肅的學術態度。真正可以稱得上我國半導體事業奠基人的是以黃昆先生為代表,包括王守武先生、林蘭英先生和工業界的烏爾楨先生等老一輩科學家。

  

   1958年我從北大物理系畢業,畢業后又在他領導下的半導體教研室工作,成為北大半導體教研室的一員。黃昆先生為我的指定的學術發展方向是半導體器件,所以我第一個研究項目是PN結物理問題研究。此后“文革”期間,我們一起在北大昌平200號基地從事集成電路的開發研究。直到他按鄧小平同志指示精神,離開北大到中國科學院任半導體所所長。因此可以說,他不僅是教育我時間最長,也是一起工作最久的恩師。

  

   黃昆老師嚴謹的治學態度和卓越的對物理學深入剖析及其邏輯思維能力,以及一切從實際出發、求真求實的科學作風,對我一生的治學、做人與育人,都有著深刻的影響,是對我影響最深的一位老師。下面憶敘的只是幾個點滴的事例:

  

   一、學習物理,首先要有清晰的物理圖像。從中學到大學,不僅學習內容,而且學習環境、思維方式都有重大變化。一開始往往是不適應的,有點迷茫;包括在學習半導體物理時,就電子和空穴的概念我們同學間討論中也爭執不下,這時黃昆老師就指點我們:“學習物理,不管是學習課程掌握概念,還是以后研究工作,首先要對面對的物理問題有一個清晰的物理圖像,而不要匆匆忙忙就去解題,做計算”。這一思想對我一生都有重要影響。我記得在研究PIN天線開關管時,其物理特征是“Ⅰ”層,它的厚度決定了器件特性,同樣在研究CMOS/SoI時,其物理圖像的特征是在硅即襯底上有一絕緣層“SoI”(Silicon on Insulator)。抓住這一特征就能深入研究CMOS/SoI器件和電路。到現在,我指導博士生工作時,在選題或中期考試、預答辯等各個教學環節中,我都首先要求學生給出一個清晰的物理圖像和對它的分析,然后再給出計算結果和實驗結果。

  

   二、書讀多少?學問做得多深?都要與自己能力相適應。當我留校任教時,他一方面將我的研究方向定為“器件物理”,另外一方面建議我系統地讀幾本書。我記得我讀了英文版的N.Collion(North Carolina大學教授)的《器件物理》和Simon Sze的《器件物理》(當時有東北研究所的中譯本,把施敏的名字都錯譯為史西蒙了)和后來A.S.Grove的Physics and Technology of Semiconductor Devices等著作,而在研究PN結物理時,讀了很多文獻,其中C.T.Sah的文章占了相當一部分。我最早開始指導的三名物理系六年制本科畢業生論文(那時我們沒有研究生,六年制其實已是本碩連讀了),其中許銘真做的PN結正向電容分析,論文審稿人就是黃昆先生,他對許銘真論文評價不錯,認為他看的文獻也真不少。另一位學生(后來分配到上海器件五廠)做的PN結正向電容的測量,審稿人是黃永寶先生,黃永寶也給予他很高的評價,工作細致,結果可靠,雖然讀的文獻并不多。黃昆后來對我們說:“書不是讀得越多越好,學問也不是做得越深越高,而是要與自己的能力相適應,”我對他說,此話很有哲理,但也只有您這樣大師的人才敢講,因為您的學問在晶格動力學方面的開創性已無人可及。但后來領悟到這一哲理的關鍵之處,是自己的駕馭能力。書為海,文為山。而且是不斷加深的海,不斷加高的山。你用一輩子去讀它都是不可讀完的,問題是讀書、做學問都要自己能駕馭它。所謂駕馭它,就是主動性與自覺性;你在研究的學問,做得多深,都要能駕馭它,即能發揮自己的主觀能動性;讀書也是一樣,進得去,出得來,能理出思維,有能力分析它。這樣你就能一分為二地去看待它。在攻克你的研究領域,充分發揮自己的主觀能動性就能得到創造性的結果。這一哲理思想在指導我從事多晶硅薄膜物理——電學性質和氧化動力學方面的研究中,充分發揮了指導作用,因而能得到前人所沒有得到的結果。

  

   黃昆先生這一關于讀書與做學問的哲理名句,我也將它傳授給我們的年青一代。

  

   三、培養年輕一代,是我們教師的崇高使命,再困難也要堅持。他從英國回國,由于教學任務的需要,他毫不猶豫地把科研工作暫時放在了一邊,全心全意的投入大學普通物理的教學工作中。可以這么說,一名教授講課能在如此多的學生中被如此長久地銘記在心里,確實不多,但黃昆先生正是杰出的一位。

  

   關于我們授課的情況,我已在許多場合講過了,寫過了。今天我想主要說一下他在最困難的“文革”時期如何誠摯地執教于工農兵學員的。

  

   應當說像他這樣一位學術大師,不讓他從事本身專長的基礎理論研究工作,而硬要讓他去搞他并不喜歡也并不熟悉的半導體器件和集成電路工藝技術工作,這本身就是一個很“殘酷”的事實。

  

   從1969到1977年黃昆先生調任中國科學院半導體研究所所長之前,中國高等教育正處于一個特殊時期。在招生方面,全國取消了高等學校入學考試,生源來自基層推薦,入學學生的水平嚴重參差不齊,有些學生的實際水平不足初中畢業。在教學方面,當時推行以任務帶教學,實行所謂邊干邊學、干中學的方針,完全打亂了正常的課程體系。趙寶瑛教授回憶說:“為使學生能準確理解晶體管的工作原理,并能掌握器件研制中關鍵參數的控制,學生們必須掌握pn結中電場分布和電勢分布等基礎知識,分析這些概念的標準工具是解空間電荷區的泊松方程,但當時的學生們沒有相應的數學基礎,為了講清這些物理概念,黃昆先生借助高斯定理,通過‘數’電力線‘條數’的形象方法,非常直觀簡捷地解決了這個問題,他還自做教具,在手搖靜電發生器圓球上貼紙條,球帶電后紙條沿電線方向張開的圖像,使學生對電場和電力線等抽象概念有了一個準確的形象。黃昆先生深入淺出的講授調動了各種水平學生的極大興趣,產生了非常好的教學效果。”

  

   甘學溫教授回憶說:“黃昆先生為了講好每一堂課,晚上經常備課到深夜。他備課不需要看書,自己一面吸煙一面思考,然后寫下講稿。有時準備一次課要吸一兩包煙。他還和其他教師一起自己動手刻蠟板,用油印機印講課資料。最突出的是他能深入淺出地把復雜的原理講明白。例如講數字集成電路課時(當時講通用的‘TTL-晶體管-晶體管邏輯’電路),他把電路的瞬態特性分成4個階段分析,使學生能夠理解復雜的充放電過程。”

  

四、宏微交替、物窮其理。黃昆先生對科學研究和教書育人的嚴謹求索精神是大家都熟知的。2002年教師節,我們微電子學研究所改制為微(納)電子學研究院并成立微(納)電子學系。在此之前,我和韓汝琦教授一起去拜訪黃昆先生,向他匯報當時微電子學研究正在向納電子學過渡。21世紀初將像20世紀30年代物理學一樣,面臨著信息科技的重大突破的機遇和挑戰。微納電子學是一支新興的與交叉性的技術學科;集成電路產業是國家重大的戰略性基礎產業。我們北大微納電子研究院將根據國家重大需求和科學發展前沿,著重于應用基礎和關鍵技術研究,并致力于產業化,希望他題一個詞,并請他出任微納電子學系名譽主任。當時黃昆先生身體已不大好,但是他想了一想之后還是痛快地答應了。他給的題詞是:“宏微交替,物窮其理”,并在2002年9月10日教師節那天出席了微電子學研究院和微電子學系的成立大會。在會前休息室里,我給他看印出來的題詞,他詼諧的說:“你知道,我用了整整兩個星期時間才想出來和寫出來這一句話。” (點擊此處閱讀下一頁)

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文章來源: 科學出版社 公眾號

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