祝贺本刊主编褚君浩院士八十华诞

黄志明

中国科学院上海技术物理研究所 红外科学与技术全国重点实验室

2025年3月20日，适逢本刊主编褚君浩先生八十华诞，来自国内外学术界、政界及企业界的200余位嘉宾齐聚上海复旦皇冠假日酒店，参加“与共和国红外科学技术共成长——褚君浩学术思想研讨会”。谨撰此文，以致祝贺。

图1 褚君浩学术思想研讨会

先生是我国著名物理学家、中国科学院院士，也是我国自主培养的首位红外物理博士。他长期致力于推动我国科技事业发展，不仅在窄禁带半导体、红外物理及光电效应研究领域取得多项开创性成果，还在科学普及和社会服务等方面作出卓越贡献。

在科学研究方面，他攻克了碲镉汞材料本征光吸收光谱难题，创立的CXT禁带宽度公式获得国际公认（以褚君浩、徐世秋、汤定元三位中国科学家名字命名），为红外焦平面器件奠定了理论基础，相关成果成功应用于风云系列卫星；他开创了非制冷红外探测材料与器件研究方向，在铁电薄膜和热敏薄膜材料器件上取得重大突破，其器件观测数据被纳入全球气象观测系统；他还提出电磁诱导势阱光电探测新理论，突破了传统热探测与光子探测的机理限制，为解决光电探测难题提供了新途径。

图2 先生出版的中英文系列专著

先生在学术与科普领域成果斐然，相关成果包括：出版《窄禁带半导体物理学》等中英文专著6部，编著10余本，发表学术论文1000余篇，三次获得国家自然科学奖，创作科普作品100余项，主编科普方面著作10余本。此外，先生还推动了国家相关科技政策制定，并已形成系统的“褚君浩学术思想”。

图3 褚君浩院士与科研团队的合影

1 攻克窄禁带半导体难题，拓展半导体物理学

1978年先生考入我国半导体学科创始人之一、红外学科的奠基者汤定元院士门下，成为其研究生。读研期间，导师希望他攻克碲镉汞的本征吸收光谱研究——这一当时国际学界尚未解决的难题。他通过测试减薄的样品，首次观测到最完整的碲镉汞红外本征吸收光谱，并推导出最具有直接物理意义的碲镉汞禁带宽度和组分、温度的关系式。该公式后来被国际学界命名为CXT公式。基于碲镉汞红外本征吸收光谱的研究，他带领刘坤、李标、桂永胜、常勇、黄志明等学生团队，成功推导出本征吸收系数和带边附近折射率等重要物理表达式，为碲镉汞器件的研制奠定了坚实的物理基础。在碲镉汞表面二维电子气研究方面，他创新性地提出表面反型层子能带模型，并发展出通过电容谱、回旋共振和舒布尼科夫-德哈斯效应（Shubnikov-de Haas effect，SdH)实验确定二维电子子能带结构的系统性方法。这些重要成果获得了著名物理学家黄昆的高度评价：“本项成果可以说代表了我国学者在这个领域的贡献。”

图4 不同时期褚君浩和汤先生的合影

1983年，他发表在《红外研究》（中文期刊）的论文被美国国防部科技报告部门翻译成英文，收录于美国AD报告。此外，他提出的碲镉汞红外探测器截止波长表达式和禁带宽度公式，被美国伊利诺伊大学芝加哥分校编入专业软件包，广泛应用于企业器件设计领域。他的带间光跃迁研究成果被国际学界广泛引用，被收录于8部学术专著。其提出的窄禁带半导体物理公式不仅应用于材料与器件研究，更直接服务于我国风云系列卫星工程，同时被美国主要红外器件研制单位用于器件光谱响应分析。凭借在窄禁带半导体物理领域的杰出贡献，他获得国际权威《Landolt-Börnstein科学手册》（LB）编委会邀请，负责修订“含汞化合物”章节，成为该手册至今唯一受邀的中国籍学者。美国II-VI族材料物理与化学研讨会前主席、斯坦福大学Arden Sher教授曾高度评价：“他们不仅已经赶上世界先进水平，更在某些领域处于领先地位。”先生在窄禁带半导体物理领域成就卓著，出版中英文专著3部，其中《窄禁带半导体物理学》被国际学界公认为该领域最具权威性的著作，而先生也被视为最合适的编著者。这些系统性工作有力推动了红外物理学的学科发展。

图5 先生研究生期间进行碲镉汞吸收光谱测试与分析研究

2 研制薄膜探测材料与器件，开启红外非制冷探测

窄禁带半导体虽可制备高灵敏红外探测器，但通常需在低温环境下工作。上世纪90年代，先生敏锐把握学科发展趋势，前瞻性地提出发展室温红外探测器的战略方向，率先开启铁电薄膜与热敏薄膜材料及器件研究。在该领域，他培养出黄志明、程建功、孟祥建、王建禄、王根水、田博博、王旭东等一批杰出科研人才。

图6  先生指导团队科研工作

在铁电薄膜材料及非制冷探测器研究领域，先生带领团队取得了一系列开创性成果：在国际上首次实现溶胶-凝胶法外延生长钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃，BST)铁电薄膜材料；率先测定多种铁电薄膜的红外光学常数，填补了该领域研究空白；首次发现铌镁钛酸铅材料的极化自锁定特性，并成功研制出室温工作的红外焦平面器件。团队研发的自支撑结构聚偏二氟乙烯（Polyvinylidene Fluoride，PVDF）探测器性能达国际先进水平，成功解决了高光谱扫描仪中长波红外探测器的光学校准技术难题。通过铁电极化场调控半导体物性，团队构建了具有高灵敏度、宽光谱响应和多维信息获取能力的新型光电探测器体系。这些工作被国际同行评价为：铁电调控机制具有独特性，铁电极化场增强的光电探测器研究具有开创性意义。

图7 先生带领非制冷薄膜探测器研究团队攻坚克难

在非制冷热敏薄膜材料与器件研究领域，先生带领团队取得重大突破：发现小极化子跳跃导电规律，确立锰钴镍氧化物（Mn_1.56Co_0.96Ni_0.48O₄，MCN）全波段探测的最优组分比例；揭示控制MCN材料氧化状态的关键因素，攻克高质量MCN薄膜生长与器件制备技术难题。三通道MCN薄膜探测器应用于“风云三号”F星开展业务运行，用于测量地球辐射收支成像数据已纳入世界气象组织全球气象观测系统，目前在轨道正常工作已20个月，使得我国成为提供地球辐射收支（Earth Radiation Budget，ERB）有效期内数据产品的唯一国家，支持全球气候模式同化与验证，提升了我国应对气候变化的能力。

3发现诱导型光电效应，引领光电探测新范式

面向国家重大战略需求，当前红外探测器在探测灵敏度、像素规模、线性度和光谱范围等关键性能指标上面临严峻挑战，亟需突破传统探测机理，发展新型红外探测器件。近年来，先生与其博士毕业生黄志明合作，创新性地发现并提出电磁诱导势阱（Electromagnetic-induced Well，EIW）效应模型，为突破上述技术瓶颈提供了新思路。

当满足准静态、反对称和低能量条件的光入射器件时，光子可直接在半导体材料中诱导形成势阱，从而有效积聚来自金属中的载流子，显著改变材料载流子浓度分布。研究团队通过20余种半导体材料的系统验证，证实了EIW效应的普适性。其中，基于碲镉汞长波红外材料开发的EIW探测器表现尤为突出，其远红外探测灵敏度超越传统器件三个数量级。该新型探测器可完全替代傅里叶光谱仪中的商用远红外探测器，成功解决了现有技术面临的三大瓶颈：摆脱低温制冷需求，显著减小器件体积，突破工作时间限制。EIW效应被国际同行认为“是一种独特的理论来实现优秀的光电效应”、“是一种新型光电效应机制”，为高性能光电探测的发展提供了新范式。

图8 先生向诺贝尔奖获得者冯·克里钦（Klaus von Klitzing)介绍研究成果

4 热衷科普，荣获全国首届创新争先奖章

先生不仅在科研领域孜孜以求，更是一位热忱的科普实践者。早年在中学任教期间，他便笔耕不辍，在各类报刊发表20余篇科普文章并出版科普著作。自1978年加入上海市科普作家协会以来，他持续活跃在科普一线，积极组织和参与各类科普推广活动。尤为可贵的是，近年先生所做科普报告超过300余场，平均每个月做一到两场报告，被社会各界亲切地誉为“心系科普的院士”。

先生将科普视为一项面向全社会的系统工程，始终坚持“因材施教”的科普理念，针对不同受众群体精心设计报告内容。面对中小学生，以科学家轶事和科学趣闻为载体，重点激发青少年的科学探索兴趣，播种科学梦想。面对社会大众，既普及基础科学常识，又结合“传感器”、“物联网”、 “智能时代”等前沿科技话题，及时回应公众关心的科学热点和社会现象。面对公务员、产业界人士以及各行业领军人士，他常讲高科技发展趋势，新工业革命发展态势，从光电信息获取联系到智慧城市建设，从光电能量转换联系到可再生能源和低碳城市建设，他觉得这样不仅能增加他们的知识储备，同时还将科学的理念和思想传播给他们，从而有利于他们更科学地制定决策。先生始终相信，这种分层式的科普传播不仅能丰富各群体的知识储备，更能将科学思维转化为社会进步的内生动力。

先生出版的科普著作有《能量》（上海人民出版社）、《黑暗中的半壁江山——红外》（少年儿童出版社），在报刊上发表《九天之上》、《九天之下》、《能量守恒定律是怎样发现的？》等科普文章近百篇，有些文章还被编到教材中。近年来，他还参加《中国百科全书（彩图版）》和《十万个为什么》第六版编写，主编“战略性新兴产业科普读本”丛书、“中国制造 2025 大众读本丛书”，编写《迎接智能时代》、《太阳能的光电之旅》等书。

先生说：“我有个能耐，就是善于把复杂的科学原理讲得通俗易懂，把深奥的科技知识说得明白透彻，这正是做好科普的关键。”对于各类机构的科普邀请，他总是欣然接受并说：“时间挤一挤总会有的。作为院士，积极投身科普工作是我义不容辞的社会责任。”正是这份对科普事业的执着与热忱，使他在2017年荣获首届“全国创新争先奖章”，这是对他科普工作杰出贡献的高度认可。

图9 先生出版的科普专著《小草科普》

5 建言献策，促成多项国家法案修订与完善

先生2002年担任九三学社上海市委副主委、九三学社中科院上海分院委员会主委。2003年起，连续担任两届全国人大代表，2009年担任上海市政府参事。在此期间，他积极宣传光电技术在能源、环保领域的研究进展，先后提出可再生能源产业发展和政策方面的多项议案和建议，促成多项国家相关法案的修订与完善。其中，2008年，他提出了《关于修改可再生能源法以促进太阳能应用的议案》。2009年，他提出的《关于可再生能源并网发电、促进太阳能光伏电池应用的经济激励政策》成为国家《可再生能源法》的重要组成部分。2010年，他提出的《关于修改矿产资源的议案》被列入第十一届全国人大常委会立法计划。2011年，他提出的《关于制定低碳技术促进法的议案》被全国人大采纳。2012 年，他建议修改《电力法》，并建议对《可再生能源法》进行执法检查，还提出了《关于制定〈原子能法〉的议案》。此外，他还提出关于制定科技投入法的议案、针对科技成果转化问题的议案和制定住房保障法的议案等系列议案。在两会上，他还同百余名全国人大代表和政协委员联名致信《中国科学报》，呼吁全社会加大科普投入力度、提升科普工作地位、建立科普长效机制。他建议，在国家重大科研项目的研究过程中，可以在项目结题时，拿出一部分经费用于科普，使广大民众了解国家科研项目的进展和意义。

先生说：“参政议政是让社会责任具体化，把科研环境的相关问题与它结合起来，既凸显特色又有现实意义。给我这个发表意见的权利，我就应该尽义务推动科研环境的改进、促进科技的发展。”

6 结束语

先生半纪耕耘、解构禁带风云、公式铸就强国器，八秩躬耕、洞见光电乾坤、桃李再铸新辉煌。写到此，我习惯性地走到窗前眺望光电大楼，先生办公室的那扇窗像往常一样准时打开了，他一如既往已开始新一天的科研。我不仅崇拜先生高尚的人格和格物致知的精神，更敬佩他数十年如一日为科学事业奋斗的坚守。正如他在八十寿辰上所说“我现在80岁了但不敢躺平，95岁的匡定波院士至今每周三次去所里工作，我也不敢懈怠，只觉得时间过得快，事情来不及做。”最后，恭祝先生福寿安康！

图10 “与共和国红外科学技术共成长”褚君浩学术思想研讨会