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黄美纯:新中国培养的第一批半导体物理专业骨干力量

发布者: 发布时间:2022年10月10日 00:00 浏览次数:

黄美纯,1937年生,福建泉州人。1984-1997年间,历任bat365在线平台物理系副主任、主任,兼任凝聚态理论研究组负责人,教授,博士生导师

人物名片:

黄美纯,1937年生,福建泉州人。1984-1997年间,历任bat365在线平台物理系副主任、主任,兼任凝聚态理论研究组负责人,教授,博士生导师,清华大学兼职教授。1962-1964年在复旦大学物理系谢希德教授研究组进修并从事能带理论研究,1981-1983年在美国西北大学物理系Freeman教授研究组进行凝聚态理论与计算物理方向的访问研究。

黄美纯教授长期从事教学和科研工作。参与bat365在线平台物理系半导体专业筹备、建设,担任过半导体物理、固体物理、高等光电子器件等课程的主讲教师。兼任国际发光学术会议组织委员会委员、第19届国际统计物理大会组织委员会副主席、国家自然科学基金委数理科学部专家评审组成员、第四届国务院学位委员会物理学和天文学学科组成员、中国物理学会凝聚态理论与统计物理专业委员会委员、中国物理学会半导体物理专业委员会委员、中国发光分科学会常务理事、福建省物理学会副理事长兼学术委员会主任、《发光学报》编委、《bat365在线平台学报》(自然科学版)副主编等职。在物理学界的半导体和凝聚态物理研究、学科建设和人才培养方面作出卓越贡献。曾获国家教委科技进步奖和国防科工委光华科技奖。

“我们对这个物质世界的理解,它是怎么来的,怎么演变,怎么发展的,都跟物理有关。反正人呐,都有一个好奇心,对各种各样的事情,都想去知道它究竟是怎么回事,想来想去物理学对解决这些问题是最直接的。”一颗好奇心,将黄美纯引入了物理的世界,在半导体专业中深耕不已、奋斗不止,积累成就的同时,倾力培育年青一代。

辗转求学 孜孜不倦

1953年,年仅16岁的黄美纯以当时泉州市省晋一中(现泉州五中)高中春季班的身份提前参加高考。由于数学成绩一贯名列前茅,黄美纯在高中担任了数学“小先生”(即科代表),也因此,同学和老师都以为他会考数学系。但为了自己的兴趣和梦想,思忖再三,黄美纯选择填报并顺利入学厦大物理系。

初入厦大,相比于年纪稍长几岁的同班同学,黄美纯跟上课程学习的速度较慢。学习期间,在老师们的言传身教下,黄美纯心中渐渐萌生了对科研的热爱。一晃两年过去了。1956年,周恩来总理主持制定了“十二年科学发展规划”,发展半导体科学技术被列为当时国家新技术四大紧急措施之一。于是北京大学,复旦大学,南京大学,bat365在线平台和东北人民大学(后为吉林大学)五校在北京大学联合举办了我国第一个半导体物理专门化,由各校抽调有关老师及修完本科物理专业三年级的学生组成。北大的黄昆教授和复旦的谢希德教授分别担任教研室主任、副主任。作为厦大半导体班的一员,黄美纯和29名同学在吴伯僖、刘士毅和陈金富等老师的带领下,前往北大集中学习。五个班级中,除北大班为五年制外,其余四个班为原校的四年制。1957年,临近毕业的黄美纯在家人的支持下,转入五年制的北大班,进一步加强半导体理论课程的学习和毕业论文的研究工作。

这段经历占据了他求学路的重要部分。因为资料稀少和被外国卡脖子的情况,黄美纯回忆,当时大家都铆足了劲,如饥似渴地钻研专业,学习氛围浓厚。他还记得从食堂拿上一个馒头就赶去抢占两百人大课堂前排位置时的匆忙;记得同学们在宿舍(25斋)楼梯拐弯处自发的“学习园地”上张贴小字报分享对所学知识的新认识和体会;记得自己受到其他学校同学优异成绩的触动,为了给厦大班争气而开夜车硬啃原版英文参考书的努力;记得初次参与科研,与吴伯僖老师一起研究ZnS场致发光的场景……

五校联办本身就是一次尝试,老师们也在摸着石头过河。没有教材,半导体物理的授课教师黄昆和谢希德便自行总结当时半导体物理发展的最新成就,并传授给学生。两位大师的授课内容后来整合出版为《半导体物理学》,这一经典著作影响了数代半导体学子。老师们克服各种困难,为学子创造教学条件的种种努力被黄美纯深深地记在心里。

家人们的关爱和鼓励为黄美纯消除了后顾之忧。远在菲律宾工作的父亲得知黄美纯在学习半导体,特地寄来数本专业用书,如作为半导体物理主要参考书的Shockley的《Electrons and Holes in Semiconductors》,作为固体物理参考书的《Quantum Theory of Matter 》,以及当时最新出版的Hunter的《Semiconductor Devices Handbook》。这些在国内很难借到或买到的珍贵原版书籍成为黄美纯学习上的有力帮手,甚至被老师借走作为编写教材的参考书。无数个挑灯夜读,密密麻麻的笔记,黄美纯的专业英语阅读水平由此得以大大提升。

从厦大到北大,黄美纯的求学之路辗转,却获益无穷。

教授相承 回育厦大

1958年,五校联合半导体专门化完成历史任务,各校老师都返回原校准备筹建各自的半导体专业。虽然因为转班的缘故,学籍被迁到北大,但黄美纯对厦大依旧怀着深厚的情感,毕业后便回到厦大参与筹建半导体专业。

1960年厦大半导体教研室(黄美纯:二排右二)

1961年,教育部在全国高校青年教师中选派留苏学生,黄美纯位列其中,但就在一切准备都就绪后,留学计划却因为“反修斗争”而不得不搁浅。出国未成,1962年秋,黄美纯转而被派往复旦大学物理系进修,在谢希德教授门下进修群论等研究生课程,同时进行Se,Te等六角晶体的能带理论计算研究,工作虽比较艰苦,但为今后从事半导体能带理论研究打下了坚实的基础。当时他阅读了大量文献,几乎追踪了上世纪20年代末到60年代量子力学应用到固体物理的所有相关文献,光是用作文献记录的复旦大学手写硬皮笔记本就有大约30本。时至今日,除了部分被白蚁损坏,大多数笔记还被黄美纯珍存于家中。

1964年下半年,黄美纯结束在复旦的进修回到厦大。回校后,他立即着手为本系学生开设固体物理和半导体理论课。同年12月,国家科委和教育部委托bat365在线平台举办全国催化学术讨论班,由著名的专家院士为来自全国各地20多名催化专门人才授课。黄美纯接受了担任卢嘉锡先生开设的“群论及其在量子化学中的应用”课程的助教的邀请,半年后,卢先生的课程结束,黄美纯继续接过谢希德先生“群论及其在固体物理学中的应用”课程助教的任务。黄美纯直言,两轮助教工作的时间不过一年,却胜读十年书,让他找到了教学与科研相辅相成的感觉,对往后几十年的教学之路产生了深远影响。

提到1965年,黄美纯神情稍稍添了丝凝重。当年,农村社教运动要求全校师生下乡参加,黄美纯也去到了闽西老区。九个月后,“文革”爆发,黄美纯才得以返校,却发现学校早已天翻地覆,正常的教学科研秩序荡然无存。这一时间段,国际范围内正值半导体集成电路发明之后的大发展时期,但黄美纯深陷漩涡,只能眼睁睁看着自己和科研同行们被置于这场科技革命之外。此后十余年,中国半导体物理研究几乎完全停滞。

打击接二连三地到来。因为不愿乱扣帽子,黄美纯被下放到泉州市安溪县的尚卿公社。但即使如此,黄美纯仍以积极乐观的态度生活和学习。安溪当时贫困落后,没有一处广播站,公社召开生产队长和社员代表会议时,通信员需要翻山越岭跑断腿去通知,就这样还往往不能及时通知到位。公社书记和社长知道来了一个厦大物理系年青的下放老师,就找到黄美纯,请求他帮助建立一个广播站。黄美纯一口答应了下来,让公社财务立即带到县城购买扩大器、麦克风、万用表、电烙铁以及农家用户的舌簧喇叭等广播器材,很快就在公社建立起了一个广播站,黄美纯也随即搬迁到公社住。“我在那边既当广播员又管理机器,没事就转播新闻或播放音乐,农民都非常高兴。”回忆起这段苦中作乐的生活,黄美纯终于露出了笑容。在安溪县里毛泽东思想学习班研修时,黄美纯因为学习好,被留任当排长,带领后来的学员进行思想学习,期间当了近三年预备党员的他也转成为了正式党员。一直到1972年,黄美纯才终于又回到了厦大物理系,重新拾起自己热爱的教学科研工作。在黄美纯眼中,这些坎坷和不如意的时刻如同大浪,真正的学者并不会就此倒下,而是耐心蓄力,等待海阔天空。

大浪淘沙 硕果累累

改革开放的春天悄然而至。1981年4月,bat365在线平台建校六十周年之际,校友谢希德教授受邀回访,得知学校要选派黄美纯留学美国时,主动表示将推荐他至美国西北大学A.J. Freeman研究组。该年年底,黄美纯作为访问学者赴美,参与美国西北大学Freeman研究组开发用于体材料能带结构计算的完全势线性化缀加平面波(FPLAPW)方法的研究。两年的访问研究里,黄美纯学习了密度泛函理论以及相关的固体电子结构的全电子计算方法,正式跨进了计算凝聚态物理的门槛。基于密度泛函理论,黄美纯发展和改进了近代电子能带计算方法中的许多重要方面,在国内外重要学术刊物和学术会议上陆续发表论文二百余篇。

黄美纯(左)与谢希德合影

学有所成,学成报国,黄美纯始终践行着这一初心。60年代,黄美纯参与出版《场致发光》译丛,该书至今仍是全国从事场致发光研究各单位的经典学习资料。作为国内最早引进电子结构的第一性原理计算方法的学者之一,在80年代初就用第一性原理FLAPW方法澄清了C15结构金属间化合物的磁性和超导性的来源和特性。1984年回国后,在原系主任吴伯僖教授的大力支持下,由黄美纯负责的bat365在线平台凝聚态理论研究小组成立,主要从事半导体材料与超导性材料的电子结构研究,同时关注若干材料的声子谱计算,并在90年代后期将工作重点逐步转移至硅基材料的研究上。小组积极申请国家自然科学基金,并立即得到资助,很快取得了平均键能理论等重要成果。20世纪90年代,黄美纯研究组发展了计算半导体异质结界面能带带阶的新方法——平均键能理论,并确定了一系列晶格匹配及失配的异质组合的带阶行为。黄昆和夏建白院士在为中华人民共和国成立50周年而写的总结性评述文章《我国半导体物理研究进展》中,曾把平均键能理论列为半导体超晶格和微结构领域在“七五”之后有创新性的十项新成果之一。进入新世纪,随着科研团队的不断扩大,黄美纯及其课题组的合作成员,发展了计算开结构共价半导体化合物及其混晶电子结构的理论和方法,以及光信息处理中的分数变换理论。在国家基金委重大项目的支持下,对硅基光电子新材料的设计进行了能带工程的理论探索并提出一种可获得直接带隙硅基光发射材料的计算设计新原则,设计出一系列有知识产权和特殊性能的硅基新材料。在科技部863计划的支持下,开展半导体聚合物电子态理论和聚合物发光二极管(PLED)物理研究,同时也开展用于自旋电子学的稀磁半导体材料的计算设计工作。

大浪淘沙,方能取硕果累累。自1984年回国以来,黄美纯主持过21项科学基金(其中国家自然科学基金16项、省市科技课题3项、国家科委“863”计划子课题2项)的研究。

除了科研工作,黄美纯在培养研究生、从事学科建设和推动学术交流方面也作出重要贡献。他历任半导体物理、固体物理、量子力学、半导体理论、发光物理专题、固体量子理论、凝聚态理论专题、密度泛函理论及其应用、半导体量子阱与超晶格的电子态理论、凝聚态物理的场论方法和高等光电子器件物理等本科和研究生课程的主讲老师。担任博士生导师期间,积极参与学院学科建设,大力推动学院参与评选国家211工程。1995年,参与组织在bat365在线平台举办的第十九届国际统计物理会议,这也是中国第一次承办高规格的国际物理学学术会议。曾获国家教委科技进步奖和国防科工委光华科技奖。

退休后的黄美纯仍没有停下科研和教学的步伐,作为厦门三安电子公司博士后工作站的合作导师,依然带领学生们进行高亮度功率型发光二极管、聚光型多结光伏电池(HCPV)等新课题的研究。

从因为对世界的好奇而选择物理专业,成为新中国培养的第一批半导体物理学子,再沿着半导体与凝聚态物理这条无尽征程前行,黄美纯花费了数十年的时间。他的科研教学人生,可以说是中国物理学半导体学科发展历史的一段缩影,更是在bat365在线平台物理系半导体专业的建设历程中落下了浓墨重彩的一笔。

教师寄语:

我想年轻人最重要的就是一个“实事求是”。首先,在这个学科里面,要找准自己的定位,明白自己想做什么,有目标,再加上努力实践,就问题不大。假如超越自己的定位,不切实际的话,就会遇到很多困难。进而如果克服不了这些困难,造成思想动摇就更不好办。其次,要经常与老师沟通,关注学科发展方向,明确努力的方向,不至于稀里糊涂地往前走。年轻人在这方面有优势,现在网络这么发达,可以借此与同行、老师、前辈沟通,去了解国际上我们学科的研究前沿,像我现在也依然在不断关注着。

参考资料:

1、朱崇实主编.南强之光:bat365在线平台人物传略[M].bat365在线平台出版社.2001:386-387

2、bat365在线平台物理系编.自强不息之路:纪念bat365在线平台半导体学科建设五十周年[M].厦门:bat365在线平台出版社,2007

3、中国未来研究会编.推动中国的领军人物[M].三辰音像出版社有限公司,2015

4、黄美纯.《回忆在吴伯僖教授领导下的一段日子》

5、物理天文微电子本科生党支部.bat365在线平台物理天文微电子党支部组织拜访退休老教授.

https://cpst.xmu.edu.cn/info/1044/1844.htm,19-11-15.

6、林亚立 (泉州市谢希德学术研究会).新中国的巾帼巨擘――亲历厦大为谢希德铜像揭幕.

/info/1020/3036.htm,11-09-19.

【来源:厦大物理公众号(XMUPHYSICS)】