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  • 汤定元

    汤定元,固体物理学家,1920年5月出生于江苏金坛。1942年毕业于重庆中央大学物理系。历任中国科学院上海技术物理研究所所长、研究员,中国半导体学科和红外学科创始人之一。参加和指导研制了硅太阳能电池高能粒子探测器等多种光电器件;研制了硫化铅锑化铟锗掺汞碲镉汞等各种红外探测器的材料和顺件。在把半导体红外器件成功地应用于中国探测、空间遥感方面,有开拓性贡献。

    编辑摘要
    词云

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 汤定元 籍贯: 江苏金坛
    国籍: 中国 职业: 物理学家
    毕业院校: 中央大学

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    人物简介/汤定元 编辑

    汤定元汤定元在办公室
    汤定元,著名物理学家。1920年5月出生于江苏金坛。1942年毕业于重庆中央大学物理系。1950年获美国芝加哥大学物理系硕士学位。1951年回国,先后在中国科学院应用物理研究所(1958年改名为物理研究所)半导体研究所上海技术物理研究所工作,1962年任研究员。并曾任上海技术物理研究所所长,现任该所研究员,红外线物理国家重点实验学术委员会主任。1991年当选为中国科学院院士(学部委员)。

    留美期间发现金属Ce的高压相变起源于原子半径的突然收缩(可解释成4f电子被“挤入”5d电子态);首创金刚石高压容器,成为国际上高压物理研究的重要仪器。1957年对锗光电导光谱分布作了定量的解释,实验证实表面复合在光电过程中的重要作用,提出的理论被国内外著名学者引入专著。

    长期从事半导体物理和器件、红外物理和器件的研究,是中国半导体学科创始人之一,也是中国红外物理和技术的奠基者。在中国开创了窄禁带半导体分支学科,带领科研群体对碲镉汞晶体的材料器件和物理性能进行全面系统的研究。开创和参与多种器件的研制,包括太阳电池温差电致冷器,半导体高能粒子计数器以及硫化铅 ,热敏电阻,锑化铟,锗掺汞和碲镉汞等红外探测器,其中许多器件已成功地用于中国空间遥感和军事探测等先进装备中。发表论文100多篇,专著译著12种。

    主要经历/汤定元 编辑

    发现固体晶体原子新相变
    汤定元汤定元在某报告会上

    汤定元1948年秋进入芝加哥大学物理系学习,不久就在该校的金属研究所高压物理实验室找到一个半时工作的研究助理的位置,在Lawson教授的指导下工作。

    汤定元进入高压实验室的第一项工作是用大颗粒多晶做高压容器,用x射线通过铍容器摄取粉末样品在高压下的衍射线。汤定元对设备做了些改动,对样品进行反复的测量研究,发现金属铈的晶体结构在高压下仍然保持常压下的晶体结构面心立方,但体积突变却达16.5%。

    压力下晶体结构的变化导致体积变化是当时已知的科学事实,是容易理解的;然而,实验却发现固体在压力下晶体结构没有发生变化,而体积却发生突变。实验事实与传统思维相悖,新发现也由此而生:这一突变只能是原子半径突然缩短的结果,即原子外壳层中电子分布的改变引起的相变。

    新创高压物理仪器

    上述实验已经接近铍金属高压容器耐压上限。要想得到更高的压力,必须采用机械强度更高的材料。汤定元和他的导师选择了金刚石,但金刚石太硬,不可能在上面钻孔。他们想出了一个巧妙的方法:用两片大小相同的金刚石,在每片上硬磨出一个半圆形槽,合起来就是一个圆形孔道,用来放置活塞和样品;另外再做一个小巧的施压设备。汤定元拿到这个小设备后,就用粉作样品,很快就取得了碲的x射线的衍射线。

    1951年汤定元离开高压实验室回国时,把这个设备移交给一位同事。1965年到1973年期间,这个金刚石高压容器又有了三次重要改进,成为高压物理研究中常用的重要仪器。

    研究红外技术
    一次,在高压实验室取得衍射照片后,汤定元去金相实验室冲洗底片。在翻阅《物理评论》杂志时,看到一篇关于的电学性质的文章,并将其带到高压实验室。Lawson由此得知他对该课题感兴趣,便拿来一瓶5磅装的杜邦高纯硅,对汤定元说:“你有兴趣就做硅在高压下的电学性质的研究,这实际上是我发明的”。想不到,这决定了汤定元以后50年的研究方向。

    汤定元汤定元


    回国后,在认识到中国科技发展需要的不单是研究物理机制,还要研制有用的器件,汤定元决定转向器件研制,准备研制红外探测器。1958年初,汤定元提出的建议获得了有关部门的重视和采纳,国家开始下达发展红外技术的科研任务。

    1962年,汤定元参加了国家科学发展远景规划的制定,红外技术与应用光学被并列作为国家的发展重点。汤定元先后组织领导了硅太阳能电池、温差制冷器热敏电阻红外探测器等的研制,它们被装备到军用、人造卫星、工业和科研设施上,以及用作航空航天遥感等多种红外系统中。

    汤老研究的红外领域,在许多年里一直属于绝对机密的任务,以至于许多熟知他能力的外国学者,一度认为他“从地平线上消失了”。汤定元最早对物理学发生兴趣是因为一只收音机。第一本引起汤定元浓厚兴趣的书是萨本栋编的《大学物理学》,深入浅出,当时他看得简直入了迷……

    中国红外研究与汤定员的三封信

    在中国的红外研究领域,有一段由汤定元的三封信引出的佳话。
     
    1958年,汤定元意识到当时中国需要研究的不仅仅是物理机制,还应该在应用上多做文章,他觉得有责任要做些什么。于是,他直接写信给解放军总参谋部,建议红外研究领域应注重器件研制,例如红外探测器,可用于军事、国防等领域。这一建议得到了重视并马上付诸实践,国家正式下达了发展红外技术的科学研究任务。

    后来,各地的红外研究所纷纷上马,但三年困难时期很快到来,30多家研究所因经费等原因又纷纷“下马”,科学界一时众说纷纭。强烈的责任感驱使汤定元第二次提笔,写了一封信给聂荣臻元帅,指出红外研究是大有发展前途的,但不能一窝蜂,要聚散为整,集中全国的科研力量攻关。他又向国家科委负责人韩光作了详细汇报并应邀在《内参》上发表,引起了国家领导人的重视。由于他的倡议,红外技术应用光学并列作为国家的科研发展重点;也是因为他的力促,中科院于1963年底召开了红外工作会议,并作出一个重要决定:把上海技术物理研究所与昆明物理研究所作为中国发展红外技术的专业研究所,中国的红外研究从此“柳暗花明又一村”。

    1965年,某实验室液氢爆炸,在当时轰动一时,给刚刚迈步的红外研究蒙上了一层阴影。汤定元又坐不住了,他再次给聂荣臻元帅写信,言辞恳切地表明了他对红外研究的信心与决心,又一次得到了聂帅与党中央的支持与帮助。

    科普工作/汤定元 编辑

    汤定元汤定元
    早在五六十年代,汤老就写了不少科普文章,翻译过瓦维洛夫《眼睛和太阳》等著名科普书籍和文章,还对北京天坛的回音壁三音石圜丘声学现象的形成机理提出了很有见地的科学假说,从科学上解释了400年来人们迷惑不解的天坛奇异声学问题。至今,他撰写和编译出版的科技专著和科普书籍已达10本,印刷字数超过300万。

    后来,汤老最热衷做的事还是给《上海青少年科技报》作科学顾问,此外,他还是上海徐汇区科技委员会讲学团的团员之一。说起经常到小朋友们中间给他们讲科学和科普,汤老的脸上就漾满笑意,“孩子是祖国的希望,也是科学的希望。”

    主要成果/汤定元 编辑

    发现金属Ce的高压相变起源于原子半径的突然收缩。首创金刚石高压容器,成为国际上高压物理研究的重要仪器。在中国开创了窄禁带半导体分支学科,开创和参与研制太阳电池、温差电致冷器、半导体高能粒子计数器,以及多种红外探测仪,其中许多器件已成功地用于中国空间遥感和军事探测等先进装备中。

    他在中国开创了窄禁带半导体分支学科。他还开创和参与多种器件的研究,如太阳能电池、温差电制冷器、硅PIN结粒子计数器、硫化铅红外探测器、热敏电阻红外探测器、锑化铟、锗掺汞和碲镉汞红外探测器,以及红外焦平面列阵红外探测器,这些器件先后用于各种军用和工业装备、科研设备,以及航天航空遥感系统,为中国“两弹一星”的研制做出了突出贡献。

    同时他还十分在重视科普教育,他的《天坛中的几个建筑物声学问题》一文在社会上产生了很大的影响,他在文章中的假说于1995年被国家自然科学基金项目详细测量证实。

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