2019年,為紀念中國著名物理學家閔乃本先生逝世一週年,南京大學出版社再版發行了他生前唯一專著《晶體生長的物理基礎》,這是國際上第一本全面論述晶體生長的理論著作,也是我國材料物理和晶體生長領域科技工作者的重要參考書目之一。
閔乃本是固體物理學家、中國科學院院士。他長期從事晶體物理研究,在教書育人、科學研究、團隊建設等方面作出了重要貢獻,提出多項新理論,開發多項新應用,成就斐然。
科學報國,結緣晶體
1935年8月9日,閔乃本出生於江蘇如皋。他的童年時代,正值山河破碎、民族危亡之際,使他從小就明白“落後就要捱打”的道理,立志科學報國。
1955年,閔乃本考入南京大學物理系;1959年畢業留校任教。在物理學家馮端先生的指導下,他進入了當時國內尚屬空白的晶體缺陷領域。
閔乃本憑藉自身掌握的工程技術,經過多年努力,於1962年成功研製出中國第一臺電子束浮區區熔儀,製備出了體心立方難熔金屬鉬、鎢、鈮單晶體。此項成果於1964年獲國家計委、經委、科委“工業新產品”二等獎。
閔乃本憑藉自身掌握的工程技術,參考國外文獻,於1962年成功研製出中國第一臺電子束浮區區熔儀,製備出了體心立方難熔金屬鉬、鎢、鈮單晶體。此項成果於1964年獲國家計委、經委、科委“工業新產品”二等獎。
1972年,南京大學將金屬物理教研室改為晶體物理教研室,閔乃本承擔了晶體生長方面的科研、教學工作。他從自己負責的LiNbO3晶體生長專案出發,組織建設了晶體生長實驗室,生長出用於製作鐳射Q開關的LiNbO3單晶,還對LiNbO3單晶生長工藝、生長機制進行了系統研究。
隨著廣泛、深入地閱讀晶體生長領域中的論著,閔乃本對晶體生長領域現狀與發展有了較為透徹的理解,他結合自己在晶體生長方面的實踐經驗,耗費多年心血完成了教材《晶體生長的物理基礎》。
這本書著重總結晶體生長的基本規律和解釋生長過程中的基本現象,是國際上第一本全面論述晶體生長基本過程的理論著作,也是閔乃本生前的唯一專著。
1982年,《晶體生長的物理基礎》首次出版,並於次年獲得全國科技圖書一等獎。直到今天,該書仍是世界上闡述晶體生長物理和技術的特色專著之一。
《晶體生長的物理基礎》再版發行儀式 (來源:科技日報 金鳳 攝)
合作研究,名揚國際
改革開放以後,國家鼓勵學者去學習西方的先進技術和享用國際優質資源,加強國際交流與合作,促進科研水平的提高。1982年,閔乃本應美國晶體生長協會副主席羅森伯格教授的邀請,以訪問學者的身份在美國猶他大學進行合作研究。
閔乃本在美國修正了晶體生長的“傑克遜”理論,成功解釋了晶面熱致粗糙化的難題。在第七屆國際晶體生長會議上被譽為“近十年來晶體生長領域最好的研究成果”,獲得了美國猶他大學和黑格斯飛彈公司聯合設立的“大力神”獎。
憑藉出類拔萃的科研能力,閔乃本受到了羅森伯格教授的重視。羅森伯格教授希望他未來十年能繼續在美國進行研究工作,並開出了優於國內幾十倍,甚至上百倍的薪資待遇。面對這個許多人夢寐以求的機會,閔乃本不為所動,毅然踏上回國之路。
他說:“科學的追求旨在對全人類的奉獻,而不是以科學家本人的功利為目的。自古以來,中國知識分子畢生最大的追求,就是將自己的知識貢獻給祖國和人民。”閔乃本回國後帶領南京大學固體微結構物理國家重點實驗室為我國微結構科學的發展做出了重要貢獻。
精誠所至,金石為開
在閔乃本的科研生涯中,介電體超晶格的研製經歷了近20年的漫長征途。
晶格指的是固體材料的結構粒子在空間內形成有規則的結構,而超晶格則是將介電體材料的晶格放大數倍,從而可以透過多樣化的微加工和微處理技術設計物質的結構,創造新材料,投入新應用。
1984年,科學家發現一種物質的新形態——準晶,已經耕耘於晶體物理研究領域30餘年的閔乃本瞭解後,設想將準晶結構引入到介電體超晶格中,構建準週期超晶格。
經過2-3年的探索,閔乃本和學生朱永元等人建立了準週期超晶格的多重準位相匹配理論,並預言“一塊準週期的介電體超晶格有可能將一種顏色鐳射同時轉換成三、四種顏色的鐳射”。
這是一項令人激動的新發現,它突破了傳統固體鐳射器只能發出單一色光的侷限性,為當代鐳射技術開拓新應用提供了可能。
然而,這一研究成果最初刊載在國際學術刊物上時,並未引起學術界的重視。剛開始,閔乃本心裡很不是滋味,後來他想通了,一個理論要得到國際上的承認,不能沒有實驗驗證。於是在其後的兩年時間裡,閔乃本帶領課題組將心思撲在了製備介電體超晶格新工藝上,成功地發展出一種室溫圖案極化製備介電體超晶格的新技術。
1983年,閔乃本(左一)在德國斯圖加特參加國際晶體生長會議,順訪閔乃大
“做科學工作,我體會的是自討苦吃,沒有鐘點,沒有假期,沒有周末。”儘管科研工作經歷了曲折艱難,但閔乃本甘坐“冷板凳”,始終積極向上、樂在其中。
在他的感染下,即便沒有嚴苛的上下班時間,團隊成員們也總會在吃過晚飯後,自覺地回到實驗室,大家常常工作到晚上十一二點才離開。有時甚至在大年三十,他們也堅持把手頭的事情處理完後再各自回家過年。
1988年,閔乃本(左一)與王牧在晶體生長實時觀察實驗室討論分形生長
精誠所至,金石為開。在重壓之下,經過十餘年的努力,課題組製備出了同時能發出兩種顏色鐳射的準週期介電體超晶格,併成功用實驗驗證了他們建立的多重準位相匹配理論,這段科研長跑終於告一段落。
閔乃本認為,“科學精神是堅持到底的精神”,如果科學工作者不具有科學精神,就難以取得重要的科學成果,只能是曇花一現,而“鍥而不捨”是“金石為開”的重要一環。正是在科學精神的指引下,他翻越了一座又一座科研高山,在晶體物理領域取得了斐然的成就。
言傳身教,甘為人梯
閔乃本一生致力於教書育人和建設科研團隊,他所領導的南京大學固體微結構國家重點實驗室20多年來在國家發改委、科技部、國家自然科學基金委所組織的歷次評估中均名列前茅。
在組建科研團隊時,閔乃本考慮到未來研究可能會從基礎科學發展到應用科學,便招收了一些具有工科背景的研究生,陸亞林就是其中之一。
當時,剛從浙大獲得工學碩士學位的陸亞林,渴望前往閔乃本的課題組攻讀博士,但又擔心自己的物理背景不夠。他忐忑不安地向閔乃本寫了一封申請信,本以為申請信會“石沉大海”。但令他驚訝的是,閔乃本很快就回復了一封整整兩頁紙的親筆信,回應了他的請求。這令陸亞林深受鼓舞,終生難忘。從此,他就跟隨這支理工結合、銳意創新的團隊開始了漫長而艱辛的科研之路。
1995年,閔乃本獲全國優秀教師獎章證書(來源:南京大學檔案館)
如果說小組成員是船,那麼閔乃本則是帆,對於自己課題組的學生,閔乃本不遺餘力地幫助他們走出國門,揚帆遠航,,擴寬知識面。
在閔乃本的“遠線投資”下,課題組成員們以專家的身份,赴歐美等國的知名研究所從事合作研究,開闊視野;但成員們也一如閔乃本的赤誠忠心,在看過外面的世界後主動回國,繼續與閔乃本並肩作戰。
當時,中國高校科研條件簡陋,許多人取得博士學位後都不願意留校工作,在當時颳起了一陣“出國熱”。穩定的經濟條件是優質學術產出的重要條件,閔乃本深知這一點的重要性。為了讓課題組成員安心工作,閔乃本盡力創造條件,改善成員生活。
20世紀90年代,閔乃本從慷慨投資的企業家吳思偉手中拿到資助款時,他做的第一件事就是用這筆錢在物理系、材料系和微結構實驗室設立“克力獎研金”。獲獎者每個月可拿到1000元的補助,這在當時比閔乃本自己的工資還要高。
2003年6月,國務院成立《國家中長期科技規劃綱要》領導小組,為我國從21世紀初至2020年科技發展制定規劃和藍圖。作為第十四專題基礎學科戰略研究小組的常務副組長,閔乃本深感責任重大。
基礎學科種類複雜,甚至有些學科與他毫無關聯。隔行如隔山,為了做好規劃,閔乃本把自己關在房間裡讀書,瞭解國際和國內最新發展的前沿動態,又認真聽取各方面專家的意見加以整理分析。最終他制定的規劃得到了中央領導同志的肯定,列入“十一五”規劃之中。
2007年5月23日,閔乃本(左二)與學生合影 (原刊載於Nature雜誌)
2013年,國際編號199953號小行星被命名為“閔乃本星”,閃耀在浩瀚的宇宙星河中。這是閔乃本熠熠生輝的學術生涯和閃閃發光的精神品格的象徵。
2018年9月16日,閔乃本因病醫治無效去世,享年83歲。斯人已逝,精神永垂,這顆科學界閃耀的星星將永遠照亮中國物理界的天空。
文:採集工程專案辦公室/中國科協創新戰略研究院
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[12]本文圖片來源老科學家學術成長資料採集工程