夏建白

夏建白

生於上海,原籍江蘇蘇州。1965年北京大學物理系研究生畢業。中國科學院半導體研究所研究員。在低維半導體微結構電子態的量子理論及其套用方面進行了系統的研究。提出量子球空穴態的張量模型,獲得重輕空穴混合的本徵態,並給出正確的光躍遷選擇定則。提出介觀系統的一維量子波導理論,對任意複雜的一維介觀系統給出了直觀、簡單的物理圖象和解析結果。提出(11N)取向襯底上生長超晶格的有效質量理論,解決了一大類非(001)取向襯底生長超晶格的空穴子帶的理論問題。提出計算超晶格電子態的有限平面波展開方法,用贗勢理論研究了長周期超晶格,解決了用平面波方法計算大元胞晶體電子態的困難。提出半導體雙勢壘結構的空穴隧穿理論,發展了多通道的傳輸矩陣方法。2001年當選為中國科學院院士。

基本信息

人物簡介

中科院院士,半導體物理專家。

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1939年生於上海,原籍江蘇蘇州。1950-1956年就讀上海市西中學。1965年北京大學物理系研究生畢業,留校物理系任教。1970年起在西南物理研究院從事電漿物理研究。1978年起到中國科學院半導體研究所從事半導體和凝聚態物理等領域的研究。從1987年起集中於半導體超晶格理論研究,在發展半導體超晶格、微結構電子態理論方面作出了創造性的貢獻,在國際多種核心刊物上發表科學論文100多篇。

其中包括:1、國際上首先提出了量子球空穴態的張量模型,得到了正確的光躍遷選擇定則;2、國際上首次提出了介觀系統的一維量子波導理論,得到了一維介觀系統中波函式的兩個基本方程,類似於電路的克希霍夫定律;3、國際上首先提出了(11N)襯底超晶格的有效質量理論;4、國際上首先從理論上研究了空穴共振隧穿現象,發現了在隧穿過程中輕、重空穴互相轉化的結果;5、國際上首次提出了計算超晶格電子結構的有限平面波展開方法,利用贗勢理論研究了長周期超晶格的電子結構,解決了平面波方法不能用於計算大元胞晶體電子態的困難。曾獲得1989年中國科學院自然科學一等獎,1993年國家自然科學二等獎,1998年中國科學院自然科學一等獎,2004年國家自然科學二等獎,2005年何梁何利基金科學與技術進步獎。專著《半導體超晶格物理》獲1998年全國優秀科技圖書一等獎,國家圖書提名獎。《現代半導體物理》獲2001年全國優秀科技圖書三等獎。
主要研究領域:半導體理論,包括:半導體微結構電子態、磁性半導體和自鏇電子學、量子相干態的產生、輸運和弛豫效應等。
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承擔課題:

1、973國家重點基礎研究項目:IT前沿中的固態量子結構

2、國家自然科學基金創新團隊:半導體低維結構中的量子調控

3、國家自然科學基金重點項目:材料尺寸效應及其相關物理問題

4、國家自然科學基金面上項目:半導體的自鏇電子學

人生經歷

1939年,夏建白出生在上海,父母學歷不高,無法給他學業上的輔導,卻總是給他講在國外做研究的堂兄的求學經歷和成就,樹立榜樣影響夏建白。幼時,夏建白讀書的目標是給父母有所交待,要為家庭爭光。稍稍大些,他發現自己對數字極為偏愛,每遇難題,知道如何運用學到的知識去解決。高三時,他參加了上海市舉辦的第一屆中學數學競賽,在沒有課外參考書,也沒有專門教師輔導的情況下,夏建白從學校考到區里、市里,經過了預賽、複賽和決賽,考取上海市第五名。

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儘管如此,他還是覺得自己在數學方面並無天賦可言,他說:“很快我發現,自己不是搞數學的料。”1956年,17歲夏建白考取北京大學物理系,進大學後分配專業,他根據自己的志願選擇攻讀“理論物理”專業。

理論物理包括了不同的學科,場論、粒子物理、原子核、相對論、固體物理……夏建白講,當時北大物理系有不少名教授,各有特點,也深得學生喜愛。“對我印象最深刻的是黃昆先生的固體物理課,他的講座總是能夠深入淺出,物理概念非常清楚,一下就把我引入了固體物質這一奧妙的大天地中。其他的東西,如天體、基本粒子、原子核等也非常奧妙,但是我總覺得有些看不見,摸不著,過於抽象。所以,我深深愛上了固體物理,對它產生了濃厚的興趣。”

這種興趣直到大學畢業還依然旺盛,於是1962年,他報考了黃昆先生的研究生,意欲主攻固體物理學研究。在複習2個星期後,夏建白考了100分,事後,當他再次反思此事時,堅定了一個道理:“興趣和天賦是事業成功很重要的因素。”他當初的選擇是正確的。

學習初期

夏建白入學第一年學習的是一般固體理論和其他基礎課,第二年開始進入研究階段。當時黃昆先生給開了一張有關半導體有效質量理論和實驗的經典文獻目錄,大約有40篇~50篇,同時還出了個研究題目。當時沒有複印機,夏建白每天都到物理系圖書館,從開門看到關門,每篇文章都做筆記,他當時掌握的半導體有效質量理論和國際水平相差甚小,還做了研究工作,寫了3篇論文

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由於沒有計算機,只有一種電動的大小像打字機的計算器,計算原理是靠機械轉動。這種計算器做加減法還行,轉一圈就能出結果。做乘除法就麻煩了,不知道要轉多少圈才能出結果,轉動起來聲音還響得要命。當時物理系有幾台這樣的計算器,他就在這些機器上完成了自己的研究生畢業論文

“打好基礎”是夏建白反覆強調的,他說:“做研究才智、靈感固然重要,但努力是不可或缺的,非得坐得5至10年的‘冷板凳’,否則難成氣候。”他認為的踏實,是不好高騖遠,做“與自己駕御知識能力相匹配的工作”。

此外,夏建白還認為,目前對科學家的各種干擾比較多,以前還有“保證六分之五的工作時間的要求,現在可保證不了”。

2003年夏建白當選全國政協委員後,開始為創造清靜的研究環境而奔走呼籲。他建議給學界提供“休會期”,以保證學者潛心研究的時間。

夏建白舉例說:“以往捕魚都有‘休漁制’,那么科學家也應該有個‘休會制’,要么每周只開一次,要么爭取一年中有幾個月不開會,好讓科學家踏實做研究。”他認為,與以往相比較,中國科學家的科研硬體條件相對來說已經有了較好的改善,待遇在提高,儀器配備也開始健全,但要培養創新的研究氛圍,光有經費和設備不行,還需要保證科學家的研究時間。

人生逆境

年青學子,志存高遠,卻非一路坦途。在人生最寶貴的青春歲月里,夏建白經歷了社會大環境的動盪、變革……

1956年考入北大的夏建白經歷了1957年的反右派鬥爭、1958年的大躍進、1959年反右傾、1960年的困難時期,一直延續到1962年才畢業。這期間,他常常是白天參加各類勞動,晚上看書學習。

“文化大革命開始後,我們到江西鄱陽湖邊鯉魚洲荒灘地上‘接受再教育’,睡在稻草搭建的大棚里,白天下水

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撈木頭,晚上挑磚,天冷了,光著腳跳下水溝挖泥,挑泥上堤壘堤。”夏建白對《科技中國》說:“為了改善一伙食,老師們自己划船到對岸買菜、買小豬,回來時遇見風浪犧牲了好幾位老師,悲壯!”

1970年夏建白申請調離北大支援三線建設,和妻子一起到四川樂山位於山溝里的二機部585所(現西南物理研究院)。“住在乾打壘的平房裡,磚是用黏土風乾的,房頂是水泥板。夏天時,太陽直曬在房頂水泥板上,像蒸籠似的,我們的女兒就出生在這樣的房間裡,一家人一住就是8年……”

8年中他從事的是與半導體不相干的電漿和受控熱核反應研究,他對這份工作熱情很高,一是因為他所在的585所是國家級保密單位,政治運動少,這8年裡他能夠安心做學問、做研究;二是因為這個所是全國少有的幾家配備計算機的單位,他在這裡學會了運用計算機做研究,這讓他之後的研究工作獲益不少。

事隔多年後,當夏建白再次談到當年生活的艱辛時,他平淡地笑著,他將這段經歷珍視為他最重要的人生財富,這使他在任何時期都很容易滿足於當時的物質生活,使他感念困難時期的人心純樸,使他習慣了從挫折中調適心態……

生活儘管無憾,因亂世而中斷的事業、浪費的時光,卻是夏建白心底永遠的痛:在北京大學的15年間,讀書和研究的時間少之又少,大多光陰都被荒廢了,對於躊躇滿志的夏建白來說這種不見希望的日子苦不堪言。

“研究生畢業剛想大展宏圖時,國內風雲突變,黨內矛盾加劇,1965年,我一畢業就參加到全國範圍的農村社會主義四清運動中去,接著是1966年開始的文化大革命,一連15年,我碰都沒碰過半導體物理。”

科研之路

上個世紀五十年代中期,考入北京大學物理系的夏建白,就在心中立下了科研興國的志向,在社會環境十分不利的情況下,他堅持學習,1962年考取著名物理學家黃昆先生的研究生,畢業後留校任教。

“在北京大學的15年時間,階級鬥爭不斷,讀書和研究的時間少之又少,大多光陰都荒廢了。”對於躊躇滿志的夏建白來說,這樣的日子,讓他苦不堪言,讓他看不到希望

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1970年,他和他的夫人痛下決心:離開政治運動最狂熱的北京,參加“三線”建設。兩個年輕人放棄了優越的生活,來到位於四川樂山一個山溝里的第二機械工業部585所,現在的西南物理研究院。

那裡的生活條件相當艱苦,交通尤其不便,每個星期,他們都要拿出一天時間,背著簍子下山買菜。但是,那裡是國家級保密單位,受到的衝擊不大,人文氣氛安靜、單純,是鑽研科學的好地方。

原子核研究,這雖然和夏建白所學專業並不對口,但是,得益於研究生階段受到的良好訓練,他很快勝任了工作,成為業務骨幹

“工作和所學專業分離,時間一長,心中的遺憾與日俱增。”1977年,鄧小平同志親自點將,讓黃昆先生擔任中國科學院半導體所所長。夏建白寫信給導師黃昆表達了調動意向。

黃昆欣然答應,他找到自己的老師、當時的第二機械工業部副部長王淦昌先生,費了一番周折,終於將夏建白調入了半導體所。

黃昆先生是一位本色科學家,他從來只說真話,不怕得罪人。在評獎的會議上,經常只有他一個人反對,在評職稱的會議上,他多次拒絕簽署同意二字。黃昆的支持和賞識,讓夏建白感到很受鼓舞,他沒有讓老師失望,在半導體領域辛勤耕耘、造詣頗深,成為黃昆弟子裡面的幾位院士之一。

在院士隊伍里,夏建白是個“年輕人”。

回歸領域

1978年,在導師黃昆的幫助下,年近40的夏建白調入中國科學院半導體研究所,再次回到了自己心愛的半導體研究領域。15年告別後的回歸,夏建白迫不及待地開始了一路快走。在上世紀八十年代的短短十年中,他寫就了半導體研究領域裡屬於自己的無盡輝煌

調入半導體所以後,夏建白從半導體理論研究出發,做一些深能級和表面電子結構的計算,相繼開展了當時國際上相對比較前沿的半導體超晶格、量子阱的研究。短短几年,獨立自主研製出中國自己生產的分子束外延設備,並生長出質量優良的超晶格、量子阱材料,在國際上引起很大的反響。

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在理論研究方面,夏建白也取得了開創性成果,如發展了研究超晶格電子結構的平面波展開方法,提出量子點的有效質量張量模型,提出了一維量子波導理論,提出空穴量子理論,提出了GaAs/AIAs超晶格中-X躍遷理論等。

1983年夏建白到瑞士洛桑高工在Baldereschi教授的指導下工作。Baldereschi是從事半導體電子態研究的,夏建白從他那裡學到了許多東西,從考慮問題的角度一直到計算程式中的細節都受益匪淺。第三年,夏建白到義大利國際理論物理中心工作。1986年,國際上半導體超晶格量子阱的實驗工作已經有了很大發展,而理論工作相對滯後,夏建白在大量研究的基礎上提出了新的計算模式,發展了一種叫經驗贗勢同質結模型,其成果發表於1987年的半導體學報,後被翻譯成英文,發表在美國出版的ChinesePhysics上。這個模型後來被美國再生能源研究所的Zunger和他的一批中國學生利用了,發展了一種計算大原子集團電子結構的方法。

十年中,夏建白在低維半導體微結構的電子態理論及其套用方面取得了一系列創造性的成果,如提出量子球空穴態的張量模型、介觀系統的一維量子波導理論、(11N)取向襯底上生長超晶格的有效質量理論、半導體雙勢壘結構的空穴隧穿理論、以及計算超晶格電子態的有限平面波展開方法等。他發表的學術論文100餘篇,專著2部。獲1993年、2004年國家自然科學二等獎;1989年、1998年獲中國科學院自然科學一等獎。專著《半導體超晶格物理》獲1998年第八屆全國優秀科技圖書一等獎和第三屆國家圖書獎提名獎,專著《現代半導體物理》獲2001年全國優秀科技圖書三等獎。

以簡單化解複雜問題,是夏建白研究的風格,他堅持科研必須服從於套用,他說:“我喜歡用比較簡單、直觀的模型,得到一些一般的結果,最後用一點數值計算一些具體的問題。”

創新精神

夏建白指出,80年代超晶格、量子阱的發展,帶來的是積體電路的小型化趨勢,然而小型化是有極限的,不可以無限發展,估計到2020年就會走到盡頭。

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那么新世紀後半導體的發展趨勢又是什麼?夏建白解釋說,是半導體納米材料量子線、量子點等,未來的趨勢可能有幾百種,但是任何兩種趨勢的突破都會是人類進步極大的福音,目前來看,在半導體基礎研究領域,量子計算、量子通訊理論的發展已經能看出苗頭了。

其實,夏建白對於創新問題的思考不僅僅局限於自己的領域。他不止一次教導自己的學生要有創新意識。他認為建設創新型國家首先要創建一個創新的文化,他批評現有教育制度,認為教育制度的落後與建立創新文化、培養創新精神不相容,他說包括自己在內的院士有一個重要的任務,就是能夠培養出高質量、能超越自己的人才

2006年9月,夏建白院士在重慶作報告時,就曾指出,一個國家、一個地區,甚至一個企業、一個學校要發展,關鍵是要有創新型人才。創新型人才有兩類:一類是天才型創新型人才,自然科學方面有愛因斯坦楊振寧李政道、黃昆等,文學方面有魯迅郭沫若胡適等。但天才只能是少數。第二類是普通型創新型人才。他認為,我們周圍絕大多數人在自己的崗位上勤勤懇懇工作一輩子,為國家的建設和發展作出了重要的貢獻。這中間有很大的差別。有的人有創新精神,不論在哪個崗位上都不斷地有所創新,突破自己,工作有主動性。有的人就比較平凡,沒有創新。

“我們國家需要成千上萬個在各個不同工作崗位上的普通型創新型人才,只有他們每個人都發揮了自己的聰明才幹,我們國家才能從目前的“經濟大國”發展到科學技術強國,”夏建白意味深長地說。

人物評價

他是世界著名物理學家、中國半導體物理學奠基人、國家最高科學技術獎獲得者黃昆院士的學生。在導師黃昆先生獲得國家最高科學技術獎的2001年,62歲的夏建白當選為中國科學院院士。2003年,成為第十屆全國政協委員。在中國科學院半導體所實驗樓的樓道里,來來往往的學生向夏建白問好。半導體所共有11位院士,夏建白是其中之一,也是所里的元老,1977年研究所恢復工作後第二年,他從四川來到這裡。

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1970年到1978年的8年時間,他從北京到四川,再從四川回北京,一去一回,都是源於對科研的渴望和熱愛;來到半導體所後,他潛心研究、教書育人,在2001年獲得中國科學界最高榮譽,成為院士。今年67歲了,獨生女兒已定居美國,他依舊沒有退休和女兒團聚的打算。“踏踏實實做研究的人,一輩子的時間肯定都花在這上面了。”

作為世界著名物理學家、中國半導體物理學奠基人,中國科學院院士夏建白的事業也有如他健步如飛的生活風格,從上世紀80年代開始,他首先提出的量子球空穴態張量模型、國際上首次提出了介觀系統的一維量子波導理論,國際上首先提出了(11N)取向襯底生長超晶格的有效質量理論,國際上首先提出半導體雙勢壘結構的空穴隧穿理論……

這些深奧、世人難懂的學術成果,總是隻字帶過。在他的話語中,如何成就遠重於成就本身,他親切平淡的話語裡全然是些極為簡單的辭彙:興趣、天賦、基礎努力……許多場合,他與人分享著他對人生的反思,現身說法,啟發後人。其實,他的成功就在於對目標的把握和腳踏實地的健步快走。


目前健在的中國科學院信息技術科學部院士名單

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