黄昆

中国科学院院士、固体物理及半导体物理学家

黄昆 (1919年9月2日-2005年7月6日 ),出生于 北京 ,籍贯 嘉兴市 ,1941年( 中华民国 三十年)毕业于 燕京大学 ,1948年(中华民国三十七年)获 布里斯托尔大学 博士学位,固体物理、半导体物理学家,中国共产党员, 九三学社 社员, 中国科学院学部委员(院士) 、 瑞典皇家科学院 外籍院士、 发展中国家科学院院士 院士, 曾任 北京大学 教授、 中国科学院半导体研究所 所长、 中国物理学会 理事长等职。

黄昆主要从事于固体物理理论、半导体物理学等方面的研究,是中国 半导体物理学 研究的开创者之一。 黄昆提出了稀 固溶体 的 X-光漫散射理论 和晶体光学振动的唯象 方程 ,预见了晶体光学 声子 和 电磁场 的 耦合 振动模式,提出并发展了由晶格弛豫引起多声子跃迁理论,提出了有效解决半导体 超晶格 光学振动模型。 其研究成果先后荣获 国家自然科学奖三等奖 、 国家自然科学奖二等奖 、 陈嘉庚科学奖数理科学奖 、 何梁何利基金科学与技术成就奖 、 国家最高科学技术奖 等奖项。

此外,黄昆与 马克斯·玻恩 合著的 《晶格动力学理论》 成为晶格动力学领域的第一部权威专著和标准参考文献。

人物生平

早年与教育经历

1919年9月2日,黄昆出生于 北京市 ,祖籍 嘉兴市 ,母亲贺延祉为人严肃认真,对黄昆少年时期成长有很大影响,家中排行老四,先后就读于 北京师范大学附属小学 、 上海光华小学 。 1932年,黄昆随家迁往 北平 ,插班进入 燕京大学附属中学 初二,半年后,转入 北京通县潞河中学 ,并且黄昆的 高中 三年成绩始终是全班第一。

1937年,黄昆通过 北京市通州区潞河中学 的 保送 考试进入 燕京大学 ,大学期间,黄昆开始 自主学习 量子力学 , 1941年,在自学的基础上完成了毕业论文《海森堡和薛定 量子力学理论的等价性》,获得了燕京大学物理系 学士 以及金质奖章,同年,前往 昆明西南联合大学 任助教。

1942年,黄昆考入昆明西南联合大学,师从 吴大猷 攻读理论物理系硕士学位,与 杨振宁 、 张守廉 并称为西南联大“三剑客”。 1944年,黄昆完成了毕业论文《日冕光谱线的激起》,获 北京大学 硕士学位,同年,前往昆明天文台任助理研究员。

1945年,黄昆在通过第八届“ 庚子赔款 ”留英 公费生 后,前往 英国布里斯托大学 ,师从莫特教授研究现代 固体物理学 ,攻读博士学位。 1946年9月,黄昆发表了论文《稀固溶体的X光漫散射》,提出了固体中杂质缺陷导致X光漫射的理论,开创了X射线研究的新领域,这种漫散射系统理论被证实后以黄昆的姓氏命名为“黄散射”,1947年,黄昆完成论文《金银稀固溶体的溶解热和电阻率》, 此外,在 英国布里斯托大学 期间,黄昆还完成了《轻核的束缚能》与《若干金属的表面自由能》两篇论文,5月,黄昆前往英国爱丁堡大学物理系,与诺贝尔奖获得者玻恩合作完成了《 晶格动力学理论 》。

1948年,在时任英国 利物浦大学 理论物理系主任佛罗利希的聘请下,黄昆前往利物浦大学理论物理系进行 博士后 研究,1950年,黄昆与Avril Rhys发表论文《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》,其中首次提出多 声子 的辐射和无辐射跃迁的量子理论,即“ 黄—里斯理论 ”, 1951年,黄昆首次提出了 晶体 中声子与电磁波的 耦合 振荡模式及有关的基本 方程 。经 拉曼实验 证实后,声子与 电磁波 的耦合振荡模式被称为电磁声子,后来发现其他物质振动也有类似的与电磁波的耦合振荡模式,便统称为 极化 激元;此外,黄昆所发现的基本方程即“黄方程”,同年,在 饶毓泰 的邀请下,黄昆转道 香港特别行政区 回国。

工作与科研经历

黄昆回国后,前往 北京大学 物理系任教,1952年,院系调整后,原 北京大学 、 清华大学 、 燕京大学 三校物理系的大部分和清华大学地质地理气象系的气象部分合并成北京大学物理系,黄昆担任普通物理教研组副主任,4月,黄昆与里斯结婚。 1953年,北京大学设立固体物理教研室,1954年,黄昆被任命为固体物理教研室主任,与 叶企孙 等人开设了固体概论等课程。 1954年,黄昆与 马克斯·玻恩 合著的 《晶格动力学理论》 在 牛津出版社 发表,1955年,当选为中国科学院数理学部委员(院士) 。 1956年,黄昆以 《晶格动力学理论》 获中国科学院自然科学奖 三等奖 ,同年,黄昆在国家十二年科学技术发展规划中参与制定了《发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案》,并被任为 北京大学 物理系半导体物理教研室主任以及 北京大学 、 复旦大学 、 南京大学 、 厦门大学 和 吉林大学 五校联合举办的半导体专业主任,学界将该专业称为“半导体的 黄埔军校 第一期”。1957年,黄昆加入 九三学社 ,1958年,黄昆与 谢希德 合著《半导体物理学》并由科学出版社出版,次年,加入 中国共产党 ,被评为中央国家机关优秀党员与全国劳动模范。 1960年,黄昆任北京大学物理系副主任,主持科学研究工作,1962年,黄昆与 谢希德 联合提出加强我国固体能谱基础研究的建议,次年,开始筹建北京大学能谱研究室和实验室。1966年, 文化大革命 开始,1969年,黄昆到 北京大学 电子仪器厂(代号北大200号)参加劳动,后参加 半导体器件 生产和教学。 1

1977年,黄昆离开北京大学,前往并担任 中国科学院半导体研究所 所长,1978年,当选为 中国人民政治协商会议 第五届全国委员会常务委员,并前往 美国 与 瑞典 签订了双边学术交流协议。 1979年,在 萨拉姆 的邀请下,黄昆带领中国物理学家代表团第一次访问 意大利国际理论物理中心 ,作了多声子迁跃的综述报告,1980年,黄昆建立了统一绝热近似与静态 耦合 的理论,先后被国际深 能级 会议与第十五届国际半导体会议邀请,在国际上引起重视,同年,当选为 瑞典皇家科学院国外院士 ,并在中国倡导半导体 超晶格 微结构研究。 1983年,黄昆担任 中国科学院半导体研究所 荣誉所长,1985年,当选为 发展中国家科学院院士 院士,开始从事于半导体超晶格物理研究,并在半导体超晶格 量子阱 的电子态、 激子 态、光学 声子 模式、 拉曼散射 等领域有所建树,1988年,黄昆与 朱邦芬 合作建立关于半导体超晶格 中光学 声子模式的“黄-朱模型”,提出并发展了关于半导体超晶格光学振动的理论,此外,两人提出了国际上第一个系统的多量子阱和超晶格 河南中光学集团有限公司 声子拉曼散射 微观 理论,3月,开始筹建半导体超晶格微结构国家重点实验室。 1993年,黄昆以《半导体超晶格的电子态与声子模理论》获 国家自然科学奖二等奖 。 1995年,被 陈嘉庚科学奖 基金会授予 陈嘉庚科学奖数理科学奖 。

患病、建议与逝世

1999年,黄昆患 巴金森氏病 ,《黄昆论文选暨评注》作为 新加坡 世界科学出版社的“世界科学20世纪物理学丛书”之一出版。2000年,黄昆担任第17届国际拉曼 光谱学 大会的国际科学顾问委员会主席,被授予 香港科技大学 授予名誉博士学位,2001年,黄昆与 甘子钊 等院士,联名向国家领导部门建议发展我国的纳米 电子科学与技术 。2002年2月1日,黄昆获2001年度 中华人民共和国最高科学技术奖 ,2003年,黄昆被评为“感动中国2002年度人物”之一。

2005年7月6日16时18分,2001年度国家最高科学技术奖获得者、世界著名物理学家黄昆院士因病医治无效在北京逝世,享年86岁;12日,贺国强等同志在 八宝山革命公墓礼堂 为黄昆院士送行。

社会任职

主要成就

科研成果

黄散射: 1945年,在进入 英国布里斯托大学 ,黄昆选择了导师莫特教授所给的论文题目“稀 固溶体 的X光 衍射 问题”,1946年9月,黄昆完成了“稀固溶体的X光漫散射”研究,相关论文发表在 《英国皇家学会录A》 ,提出了固体中杂质缺陷导致X光漫射的理论,开创了X射线研究的新领域,1967年,该理论在被实验所证实命名为“黄漫散射”,简称为“黄散射”,成为研究固体中杂质状态的重要依据,利用黄漫散射强度分布,可以推导出点缺陷的结构,从而发展为一种能直接研究 晶体 中 微观 缺陷的实验手段。

黄方程: 1948年,在时任英国 利物浦大学 理论物理系主任佛罗利希的聘请下,黄昆前往利物浦大学理论物理系进行 博士后 研究, 1951年,黄昆首次提出晶体中 声子 与 电磁波 的 耦合 振荡模式及有关的基本方程,于1963年被 拉曼散射 实验所证实,被命名为电磁声子,后来发现其他物质振动也有类似的与电磁波的耦合振荡模式,统称为 极化 激元,现在极化激元已经成为分析固体某些光学性质的基础,该基本 方程 被称为“黄方程”。

黄-里斯理论: 1950年,黄昆与Avril Rhys发表论文《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》,其中首次提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论,即“ 黄—里斯理论 ”。该理论先后在 60年代和70年代被实验所证实;此外,黄昆等证明,由于晶格弛豫,电子跃迁过程中振动 量子数 可以任意改变,而跃迁几率不为零,该概念奠定了固体中束缚在杂质和缺陷上的局域电子态跃迁理论的基础,是现代 多体理论 中“Mahan 奇异性”和“ 正交 灾难”的先驱。 1979年,黄昆发现康登近似实质上是把跃迁计算中的一阶微扰与包含高阶微扰的晶格弛豫混合并用,并且证明消除这种不自洽性后,绝热近似与静态 耦合 在一级近似下是等价的,从而澄清了30年来 无辐射跃迁理论 中曾出现的混乱,1980年以后,黄昆先后建立了统一绝热近似与静态耦合的理论,提出了 多声子多频模型 。

黄-朱模型: 1986年底,黄昆与 朱邦芬 开始合作研究 量子阱 中热 电子 被光学 声子 散射几率问题,1987年,基于黄昆在20世纪50年代年提出的偶极振子模型与连续介电模型,黄昆与朱邦芬设计了一个与宏观介电模型完全相容但包含色散的“ 偶极子超晶格 ”模型,并在该模型的基础上给出了超晶格 中光学 振动模式与 静电 式的近似解析表达式,国际 上将 此关于准二维系统光学声子的理论模型称为“黄-朱模型”。

主要论文

朱邦芬所著《黄昆》中共收录黄昆71篇论文,根据期刊水平及重要性,简列以下15篇论文:

出版著作

荣誉与奖项

奖项

荣誉

人才培养

黄昆等人在教学过程中,建立了有中国特色的普通物理教学体系,强调立论要严谨、物理图像要清晰、讲授要深入浅出,在备课方面,黄昆在讲授普通物理,每周上6个学时,却要用50到60小时来备课;在授课方面,黄昆保持了“假定听讲人对所听问题一无所知且又反应较慢”以及“无论讲过多少次,每次都要重新备课”的原则。1951年,黄昆回国并在 北京大学 物理系任教,在院系调整后,先后从事普通物理、固体物理和半导体物理的教学工作,并编著了《固体物理学》《半导体物理学》等教材, 1956年,任 北京大学 、 复旦大学 、 南京大学 、 厦门大学 和 吉林大学 五校联合举办的半导体专业主任,并于1957年和1958年培养出200多名首批半导体专业毕业生,以及 曹昌祺 、 秦国刚 、 甘子钊 、 夏建白 、强元擎、任尚元、蒋翔六、顾宗权等人才。

其中, 秦国刚 ,1961年研究生毕业于北京大学物理系,2001年当选为 中国科学院院士 ,长期从事 半导体材料 物理研究,对 光致发光 提出量子限制-发光中心模型以及设计并研制出一系列硅基电致发光新结构; 夏建白 ,1965年研究生毕业于 北京大学 物理系,2001年当选为中国科学院院士,在低维半导体微结构电子态的量子理论及其应用方面进行了系统的研究。

2005年4月21日,经 中华人民共和国科学技术部 批准,设立“黄昆固体物理和半导体物理科学研究奖”,5月21日,黄昆奖第一次理事会扩大会议在 中国科学院半导体研究所 举行。 2019年,由 北京科技大学 和 中科院半导体所 联合培养 本科生的“黄昆班”挂牌, 郑厚植 院士担任特聘教授及教学指导委员会主任。

相关人物

轶事

擅长英文

黄昆的英文极好,阅读了大量的英文小说,尤其是各类侦探小说与惊险小说,与他合著 《晶格动力学理论》 一书的诺贝尔物理学奖金获得者 马克斯·玻恩 在他的自传《 我的一生 》中也曾写道:“令人惊异的是,一个中国人能够如此流利而正确地撰写 欧洲 文字。”

争论问题

1942年,黄昆考取了 国立西南联合大学 理论物理系的研究生,与 杨振宁 、 张守廉 同班同寝,三人常因为物理学等各种问题争论不休,杨振宁在提及这段经历的时候曾说:“我一生中最重要的一年,不是在美国做研究,而是当时和黄昆同住一舍的时光……正是这些争论,使我找到了科研的感觉。”

毅然回国

 1947年4月1日,黄昆在给 杨振宁 的信中写道:“当我有时告诉人我一两年后回国,他们常有疑讶的表现,似乎奇怪为什么我不想在这orderly(秩序井然),secure(安全)的地方住下来而要跳入火坑。虽然我难以想像我们一介儒生怎样能影响多少国运……但我们如果在国外拖延目的只在逃避,就似乎有违良心。我们衷心还是觉得, 中国 有我们和没我们,makes a difference。”1951年,黄昆在收到 饶毓泰 的来信后,转道 香港特别行政区 回国。

生活朴素

1986年,黄昆申请了“固体能谱理论”项目,三年共申请经费2万元, 朱邦芬 曾说:““黄昆先生这辈子就申请过这一次国家自然科学基金,他特别珍惜国家的钱,但花自己的钱却不太在乎。”此外,黄昆居住在70平米小三室的单元房子里,地面是 水泥砖 ,没有任何铺设,直到中科院分给黄昆一套五间的院士房,但在也只是黄昆去世前两年入住了。在黄昆去世后,李爱扶马上就搬回了 中关园 ,直到2013年去世。

 影响与评价

1954年, 《晶格动力学理论》 出版后, 马克斯·玻恩 在序言中说:“本书之最终形式和撰写应基本上归功于黄昆博士。”此外,玻恩在写给 阿尔伯特·爱因斯坦 的信中提到黄昆:“他是一位热忱的共产主义者,当他听到毛泽东战胜 蒋介石 的消息时,就想回国参加正在进行的一切事情。”以及“书稿内容现在已经完全超越了我的理论,我能懂得年轻的黄昆以我们两人的名义所写的东西,就很高兴了。” 1989年,在黄昆先生70华诞时, 北京大学物理系 师生为黄昆所写的 对联 中写道:“渡重洋,迎朝晖,心系祖国,傲视功名富贵如草芥;攀高峰,历磨难,志兴 华夏 ,欣闻徒子徒孙尽栋梁。” 2002年,黄昆入选 感动中国 年度人物,颁奖词这样写道:“他一生都在科学的世界里探求真谛,一生都在默默地传递着知识的薪火,面对名利的起落,他处之淡然。他不仅以自己严谨和勤奋的科学态度在科学的领域里为人类的进步做出卓越的贡献,更以淡泊名利和率真的人生态度诠释了一个科学家的人格本质。” 此外, 微电子 学家、 清华大学 李志坚 院士曾说:“黄昆先生做人、做科研求真务实,他那实事求是的精神、创新的思维和严谨的学风都值得我们学习。”

2019年7月10日, 朱邦芬 在第22届全国半导体物理学术会议上评价黄昆到:“意志纯洁、公正不阿的判断、珍惜国家科研经费、极端的谦虚、学风纯正、律己极严、生活上特别容易满足、在任何时候都意识到自己是社会的公仆,所有这一切都难得地集中在一个人的身上,这就是黄昆。” 2019年9月2日,在黄昆先生诞辰100周年暨半导体学科发展研讨会上,国际著名物理学家、 诺贝尔奖 获得者 杨振宁 评价到:“黄昆以他特有的坚持原则的本事,度过了非常复杂的这几十年,而有了巨大的成就,对于国家和民族的发展产生了巨大的影响。”并在会上为黄昆献词:“黄方程,黄玻书,引领 声子 物理;律己严,诲人勤,堪称一代宗师。”

后世纪念

黄昆先生铜像: 2006年12月15日,在 北京大学物理学院 、 北京大学微电子研究所 、 人工微结构和介观物理国家重点实验室 的联合主办下,黄昆先生铜像落成仪式在北京大学物理大楼举行。

黄昆星: 2010年7月26日,国际 小行星 中心发布公告将第48636号小行星永久命名为“黄昆星”,2011年5月3日,包括黄昆在内的四位 国家最高科学技术奖 获奖者的小行星命名仪式在北京举行。

《名师风范——忆黄昆》: 2011年4月8日,在 北京大学 建校110周年暨 物理学院 校友会成立之际,北京大学出版了包括《名师风范——忆黄昆》在内的三本人物图书。

十周年追思会: 2015年7月6日,在时任中国科学院半导体所所长的 李树深 院士主持下, 中国科学院半导体研究所 在学术会议中心举行了“黄昆院士学术思想研讨会暨黄昆先生逝世十周年追思会”,来纪念黄昆对科学事业做出的贡献。

黄昆先生百年诞辰: 2019年9月2日,在 中科院半导体所 、 北京大学 、 中国物理学会 和 九三学社 主办下,由时任半导体超晶格国家重点实验室主任王开友主持的黄昆先生诞辰100周年暨半导体学科发展研讨会在北京西郊宾馆银杏大厅召开,包括国际著名物理学家、 诺贝尔奖 获得者 杨振宁 先生在内的300余人参加了会议。

参考资料

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  14. 第七届中国人民政治协商会议全国委员会组成人员名单 中国政协网 2023-04-01
  15. 第八届中国人民政治协商会议全国委员会组成人员名单 中国政协网 2023-04-01
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  24. "黄昆奖"成立并召开第一次理事会扩大会议 黄昆固体物理和半导体物理科学研究奖 2023-03-14
  25. 北科大“黄昆班”成立 共产党员网 2023-03-13
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  30. 黄昆先生铜像落成仪式隆重举行 并庆祝中国半导体学科创建50周年 北京大学物理学院 2023-03-13
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  32. 北京大学建校110周年物理人物图书系列 北京大学物理学院 2023-03-13
  33. 黄昆院士学术思想研讨会暨黄昆院士逝世十周年追思会举行 中国科学院 2023-03-13