褚君浩院士:五十年“追光”,在红外物理学上刻上中国人的名字

2026-07-16 15:42:49 来源: 科技日报 点击数:

科技日报记者 王春

上海技物所一栋老楼的实验室走廊里,一台上世纪80年代进口的红外光谱仪静静立在窗边。仪器漆面磨得发乌,金属样品台边缘发亮的痕迹述说着传奇故事。

40多年前,褚君浩就是在这台设备前,手工磨了几百片碲镉汞样品,做了几千次变温测试,画出了当时世界上最完整的碲镉汞本征吸收光谱。国际学界找了二十年的光谱“拐点”,最终被这个中国科学家精准攥住。由此,产生了著名的CXT公式,也由此诞生了全球红外探测器设计的通用标准。

近日,中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员褚君浩荣获上海市科技功臣奖。六十余载岁月流转,年过八旬的褚君浩仍然斗志昂扬:“什么时候咱们实验室里全是国产的顶尖设备,中国科技才是真的硬气。”这不仅是他的期待,也是他几十年来扎根大地深耕科研、不为名利报国奉献的真实写照。

做科研:板凳坐穿 深耕不辍

做科研,褚君浩始终信奉“挖井之道”:认准方向便深耕不辍,绝不浅尝辄止。很多人听过CXT公式,却少有人知道,这项撑起中国红外物理基础的成果,起点是碎了一地的样品和超强的煎熬。

上世纪70年代末,导师汤定元把碲镉汞本征吸收光谱的课题交到褚君浩手上,直言这是个“世界级难题”。碲镉汞是红外探测器的核心材料,禁带宽度直接决定器件的探测波段,可要测准高吸收系数的本征跃迁,必须把毫米厚的晶片磨到微米级——厚了红外光穿不过去,手劲稍偏一点,脆薄的晶片直接裂成碎渣,几天的工夫全白费。

彼时国外对中国禁运高性能碲镉汞材料,市面上一片指甲盖大小的样品要上千美元,所里根本买不起,只能自己生长材料制备样品。制备薄样品的程序是,先用手工打磨到较薄厚度,再安放在研磨设备上抛光减薄,最后化学腐蚀,达到所需要的厚度。手工打磨和机械抛光是最重要的步骤。褚君浩把样品固定在玻璃底板上,蘸着金刚砂粉浆料,一片样品往往要磨上好几天。最难的是磨到50微米左右的时候,材料脆得像薄冰,连呼吸重一点都怕吹碎。他琢磨出了新办法:在样品四周涂一圈环氧树脂,相当于给晶片加了圈“保护边”,研磨时的应力被胶体分散,成品率一下提了上来。这个“土招”,后来成了实验室沿用几十年的标准工艺。

“几百片样品材料,是大家凑出来的。”所里三个材料生长小组的同仁把自己生长的晶体源源不断地送过来。这份同行托举的情分,他记了一辈子。

直到今天,褚君浩办公室的抽屉里还留着当年的样品袋。一个个旧袋子摞在一起,就是一本没写字的实验日志。

要获取禁带宽度随温度、组分的变化规律,得从零下270摄氏度的液氦温度一路测到室温,每个温度点都要等系统完全稳定,再慢慢扫描光谱。液氦在当时是奢侈品,只有数据看起来有价值的样品,才舍得动用液氦测最低温。一遍扫描十几分钟,他在这台光谱仪前熬过了无数个日夜。

最终,他把最薄的一片样品磨到了2.5微米——这至今还是世界上最薄的碲镉汞体材料样品。也正是靠着这海量的一手数据,他精准找到了吸收光谱的拐点,总结出禁带宽度与组分、温度的关系式,也就是后来的CXT公式。

1983年,他把相关论文发在国内的《红外研究》上。几个月后,所里情报室的老师急匆匆找到他:“小褚,你那篇文章被美国国防部AD报告译载了!”他当时心里一震,随即涌上一股扎扎实实的自豪感——中国人测出来的规律,世界在主动看、主动学。

不仅仅是CXT公式,褚君浩通过碲镉汞的本征吸收光谱共获得了19项描述碲镉汞能带结构、光电跃迁、电子输运、杂质缺陷、晶格振动等规律的公式,被写入国际权威科学手册《Landolt-Börnstein 科学技术数据和函数关系》。他建立了窄禁带半导体物理学体系,出版国际首部《窄禁带半导体物理学》中英文专著,产生了广泛的国际影响。

我国半导体物理学奠基人黄昆曾评价其研究成果,“可以说代表了我国学者在这个领域的贡献”。

数十年来,褚君浩在窄禁带半导体领域深耕半世纪,他搭建起了完整的窄禁带半导体物理体系,为中国红外技术从跟跑、并跑到领跑筑牢核心根基。其团队建立的物理模型,成功支撑了风云四号卫星、“玉兔号”月球车、“祝融号”火星车等国家重大工程的红外探测载荷研发,实现了基础研究与工程应用的良性循环。

做一株小草:绿遍大地

2026年7月,忙了一辈子的褚君浩被评为上海市科技功臣,在别人眼里他早就是行业里的“大树”,他却总说,自己不过是棵小草。

他的微信昵称就叫“小草”。问起缘由,他掰着手指头数:“第一扎根深,根扎进泥土里才站得稳;第二皮实,风吹雨打都能长;第三不张扬,不和大树比高低,默默给大地添点绿就行。”

从“坦牛”到“小草”,他深知,个人的成就从来不是一个人的功劳,而是时代的机遇、团队的协作、前辈的托举。除了在专业上深耕,他还要把科学的种子,撒到更多人心里。

科普,就是他撒种子的方式。

“科普最要紧的不是教多少知识,是让人学会用科学的眼光看世界。”从1978年加入上海市科普作家协会算起,这条路他走了快五十年。330多场科普报告,30多本科普读物,从央视《开讲啦》的舞台到中小学的操场,从政府机关的报告厅到部队的军营,都有他科普的身影。

对褚君浩来说,比科普更用心的是育人。

褚君浩带学生,最看重两样:先做人,再做事。做人要踏实谦虚,做事能解决实际问题。学生做实验碰了壁,他总是讨论和鼓励,在他看来,科研本来就是试错,即使证明一条路走不通,也是成果。

大弟子黄志明当年研制红外椭圆偏振光谱仪科学仪器,开展了半年的理论论证研究,认定项目极具难度。褚君浩认真研究了他的推导过程,鼓励他再试试。通过两年的艰苦努力,后来这一项目不仅拿了中国国际发明展览会金奖,技术还卖到了国外。

对年轻人的扶持,他悄悄地做。华东师大的“君浩基金”,十几年来帮过四百多个困难学生和创新苗子;有学生得了重病,他悄悄塞过去几万块,不让声张;半导体领域的青年学者冲项目,他自己掏钱设资助……

当年,汤定元先生传给他的东西——踏实做学问的精神,科技报国的心,甘为人梯的胸怀,他又一点点传给了学生。当年汤先生一声召唤,他回来了;如今他一声召唤,学生们也回来了,一代代人在不停接力。

或许在褚君浩眼里,这样一棵又一棵小草,连在一起,就成了中国科技自立自强的辽阔原野和最美画卷。

责任编辑:李梦一
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