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光學名人
湯定元

湯定元,(1920.5——固體物理學家,江蘇金壇人。

中國科學院院士,中國電子學會會士。中科院上海技術物理所研究員。九三學社社員。1942年重慶中央大學物理系畢業,赴美國學習。1950年獲美國芝加哥大學碩士。曾任上海技術物理所所長,兼任中國科技大學半導體教研室主任、上海科技大學技術物理系主任。曾任中國光學學會副理事長,上海市物理學會副理事長。全國政協第六屆、七屆常務委員。曾榮獲院部級以上科技成果獎16次,各種榮譽獎十余次。其中獲1978年全國科技大會“先進工作者”獎狀、全國僑聯“愛國奉獻”獎和何梁何利基金“科學與技術進步獎”。

   人物經歷

湯定元,男,1920年5月生,江蘇金壇人。1942年于國立中央大學物理系畢業后留校任教。1948年3月赴美國明尼蘇達大學物理系學習,同年轉入芝加哥大學物理系,1950年獲芝加哥大學物理系碩士學位。1951年回國后到中科院應用物理所(1958年更名為物理研究所)工作,歷任助理研究員、副研究員。1960年至1964年在中科院半導體研究所工作,并晉升為研究員。期間曾兼任中國科技大學教授和半導體教研室主任。1964年調入中科院上海技術物理研究所工作至今,歷任副所長、所長、所學術委員會主任、紅外物理國家重點實驗室學術委員會主任。1991年當選為中國科學院院士(數理學部)。現任中國科學院上海技術物理研究所研究員,博士生導師。

湯定元的父親是鄉村私塾先生,對他進行了啟蒙教育。1930年秋,湯定元進縣城讀小學五年級。僅讀了一年,因遇上特大洪水,農村顆粒無收,失學在家。1932年春,湯定元到縣城讀中學。初中畢業后,考進無錫師范學校。在無錫師范讀了兩年,抗日戰爭爆發,他與同學靠沿路“求乞”步行到武漢,住進難民收容所。1938年4月,被國民黨教育部收留,分到國立四川中學師范部繼續學習。僅讀了三個月,1938年7月就從師范部畢業,留在學校等待分配。而后他考上了重慶中央大學物理系。1942年畢業,留校任助教。他和剛回國的趙廣增先生一起,進行氣體放電研究,經過一年多的潛心研究,終于完成了氣體放電中電子溫度分布的測量工作。

湯定元的名字第一次出現在美國《物理評論》上(1945)。1948年,湯定元通過考試公費留學美國,先入明尼蘇達大學,后轉入芝加哥大學物理系,1950年獲芝加哥大學物理碩士學位。在芝加哥大學學習期間,他同時也在學校高壓物理實驗室工作,在A.W.Lawson教授指導下研究高壓相變。他以金屬鈹(Be)作高壓容器,研究X—射線通過鈹容器攝取高壓下樣品的粉末衍射像。湯定元在工作中發現:金屬鈰(Ce)的晶體結構在高壓(約大于12千巴)下仍保持大氣壓下的面心立方,但體積突變16?5%。在原子周期表中,鈰是鑭系稀土類元素中第一個有4f態的元素,壓力的作用可解釋成4f電子被“擠入”內部的空5d態——一種新穎相變!這一成果立即得到有關方面的重視,包括兩位諾貝爾獎金獲得者P.W.Bridgman和L.Pauling的重視。之后,他又研制成金剛石高壓容器,得到25千巴的壓力。這個金剛石高壓容器現已發展成為國際上高壓物理研究室中的重要儀器,耐高壓可超過1000千巴。湯定元取得碩士學位之后,繼續做博士論文工作,研究方向是利用這個新的高壓容器研究碳酸鈣(CaCO3)的相變,這對地質學有重要意義。1950年底,朝鮮戰爭發生,湯定元越發想念祖國,他經常想:論文做完又有什么意義呢?博士學位對我有什么用呢?不如早日回國,參加祖國的建設事業。經過2個多月的考慮,他決定放棄學位,在1951年6月初,他懷著滿腔報國的熱情,回到日夜思念的祖國。

湯定元回國后,先后在中國科學院應用物理研究所(1958年改名為物理研究所)、半導體研究所、上海技術物理研究所工作,1962年任研究員。他曾任上海技術物理所所長,現任該所研究員,紅外物理國家重點實驗室學術委員會委員。

1956年下半年,湯定元在物理研究所半導體研究室進行鍺的區域提純的工作,并對鍺光電導光譜分布做了測量研究,用表面復合速度定量地解釋了鍺光導光譜分布的形狀,提出了研究表面復合速度的方法,并用實驗證明實表面復合在光電過程中的重要作用。1957年,在民主德國召開的國際固體物理會議上,他宣讀了研究成果,引起很大反響。

湯定元在我國開創了窄禁帶半導體分支學科。1978年后,湯定元預計到碲鎘汞紅外探測器在今后紅外技術發展中的重要性,在上海技術物理所帶領一個科研群體,對碲鎘汞晶體材料、器件及物理性能進行了全面系統的研究,在國內外發表了一百多篇學術論文,涉及碲鎘汞半導體的能帶參數、光學常數、雜質缺陷、材料物理和器件物理等諸多方面。其中有16項成果被收入國際權威的科學手冊《Landolt. Boernstein: Numerical Data and Functional Relationship in Science and Technology》 Ⅲ/41B卷中(德國Springer出版社1999年版)。

從1958年12月起,湯定元帶領科技人員從事硫化鉛紅外探測器的研制工作,經過艱苦努力,研制出性能優良的硫化鉛紅外探測器。同時建立起一套測試設備,包括黑體響應率、噪聲頻譜、光譜響應等。這套測試系統后來成為國內建立紅外探測器實驗室的樣板。在此期間,湯定元等還編譯出版了《紅外光電探測器及其材料》一書,為中國紅外技術進一步發展打下了良好的基礎。

湯定元開創和參與多種器件的研究,包括太陽能電池、溫差電制冷器、硅PIN結粒子計數器、硫化鉛紅外探測器、熱敏電阻紅外探測器、銻化銦、鍺摻汞和碲鎘汞紅外探測器,以及紅外焦平面列陣紅外探測器。這些器件先后用于各種軍用和工業裝備、科研設備,以及航天航空遙感系統,為我國“兩彈一星”的研制做出了突出貢獻。

湯定元十分重視科普教育,他認為科學研究與普及教育,是一個國家科學發展的雙翼。他認為,把科學成就告訴普通老百姓是科學家應盡的責任。早在20世紀50至60年代,他就寫了不少科普文章。在他的科普文章中,《天壇中的幾個建筑物聲學問題》一文在社會上產生了很大的影響。湯定元對天壇公園中回音壁、三音石、圜丘聲學現象的形成機理提出了科學假說,從科學上解釋了四百多年來人們迷惑不解的天壇奇異聲學問題。此文為《中國古代科學成就》和《中國科學技術史稿》等書詳細引用。他在這篇科普文章中的科學假說,于1995年被國家自然科學基金項目詳細測量所證實。

“文革”結束后,科學的春天來了。湯定元組織編寫了一本《紅外技術——基礎與應用》的科學普及讀物,發行了近5萬本。1985年后,他參加紅外輻射加熱技術研討會,了解到這一重要的節能技術在我國發展中所遇到的一些問題,就決定寫一本《紅外輻射加熱技術》的科普讀物,闡明輻射加熱的基本原理。湯定元認為,直接從事這項工作的工人及技術人員,如能理解輻射加熱的實質內容,就能發揮出主動性和創造性,就能為國家更有效地節約能源。通過幾十年的科學研究,湯定元認為,對于科學事業的發展,始終應當持孜孜以求的態度,不能有絲毫的懈怠。科學工作者應當有三部曲:第一是實踐,從實踐接觸研究對象的本質;第二是理論總結,閱讀文獻,借鑒他人的經驗,豐富自己的理論;第三是孕育新的知識,促使新成果的產生。科學事業猶如波瀾壯闊的大江,后浪推前浪,個人只是蒼海中之一粟。

學術成就

湯定元院士在留美期間發現金屬Ce的高壓相變起源于原子半徑的突然收縮,他首創的金剛石高壓容器成為國際上高壓物理研究的重要儀器。1964年到中科院上海技術物理研究所,該所于當年轉向紅外科技專業,現已發展成為國際知名的紅外科技研究中心。開創并參與研制成功十種光電器件和紅外探測器,有一些已應用于人造衛星、軍用和民用高科技裝備中,為我國“兩彈一星”的研制作出了突出貢獻。在國內開創了窄禁帶半導體的研究。先后在國內外發表學術論文一百五十余篇,主持出版書籍10本。熱心科普事業,發表過不少科普文章,尤以“天壇中的幾個建筑聲學問題”最有影響,該文揭開了天壇回音壁之謎。

   個人榮譽

湯定元院士曾榮獲國家自然科學三等獎、國家科技進步二等獎和三等獎各一次,中科院自然科學一等獎、二等獎、三等獎各一次,中科院科技進步一等獎一次,中科院科技進步二等獎兩次,中科院重大成果獎一次,上海市科技二等獎兩次;各種榮譽獎十次,包括全國科學大會先進工作者獎狀,光華科技基金一等獎和何梁何利基金科技進步獎等


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