知名人物 冯端人物简介
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知名人物 冯端人物简介
·冯端
冯端,物理学家、物理教育家。长期从事凝聚态物理学和材料科学的研究工作,是我国固体缺陷研究的先驱者之一,在晶体缺陷、结构相变、非线性光学晶体的准位相匹配、纳米结构与纳米材料等领域做出了贡献。
冯端,祖籍浙江绍兴,1923年6月11日生于江苏苏州一书香门第。祖父曾在江西任县令。父亲冯祖培,清末科举考试曾以陪考而中式,不久废科举而未获功名,他擅书法,工诗词,虽于中年投身仕途,依然一介书生。冯端兄姐四人,都是苏州中学的校友,有三人毕业于中央大学。
冯端的童年是在古城苏州的一条小巷中度过的。父亲常年在外供职,无暇顾及子女学业。母亲是文盲,生活上对子女关怀备至,却从不干预他们的学业。她虽不识字,却能讲述背诵中国古代许多民间故事和诗词歌赋,这成了冯端童年的启蒙教育,也启迪了他对文学的喜爱。家藏的经史、诗词、小说和译著,均令其爱不释手,后来他曾翻译过众多国外名家诗作,文字古朴典雅,意境韵味俱佳,皆源于此。
宽松和谐的家庭环境,使冯端自幼养成了沉静稳重的性格,独立进取的精神和博览群书的良好习惯。冯端嗜书如命,涉猎甚广,包括三十年代出版的名人传记、科普读物,以及欧美科学家天文、物理方面的译著。这些著作文笔生动,内容丰富,展现了奇妙而博大的知识宝库,引发了他对物理世界的浓厚兴趣。
冯端的青年时期,正值抗日战争爆发,大片国土沦陷,他随父母先后迁居福建和重庆,其间不得不辍学两年。尽管如此,他并未荒废学业,而是阅读了大量书籍,尤其是英文书刊,既练就了纯熟的英语能力,也打下了扎实的学业基础。1942年,冯端以同等学历考入原中央大学物理系,1946年以优异成绩毕业,获物理学学士学位,并受聘留校任教。1949年后在南京大学物理系任教。
工作后不久,冯端本来有机会出国留学,但因大哥和姐姐已在美国,二哥又患病,他主动放弃了出国机会,承担起照顾寡母的责任。任教后他给自己定下了一个厚积薄发的原则,发愤工作,打好基础。他说,教师教学生不只是输出,可以利用授课,与学生交流,来启发和丰富自己的知识。在10年左右的时间里,他几乎讲授了物理系的全部基础课和实验课。其间他摸透了物理学多门学科之间在其结构、内涵与外延等方面的有机联系,因而授课时立论高远而深入浅出,概念清楚,逻辑严密,擅长将物理学各领域乃至自然科学各学科的知识与规律融汇贯通,所以他上的课深得师生喜爱,教室里常常座无虚席,有时甚至出现室外旁听的动人场面。在此期间,他广泛地调研了物理学,尤其是金属物理学相关的文献,丰富和更新了教学内容,也为此后的科研工作积蓄了力量,同时又通晓了德、法、俄等国语言。
1958年,冯端接任金属物理教研室主任,从此开始了大刀阔斧的专业改造。为适应现代金属物理学科的发展方向,在教学上,他舍弃了金属等传统课程,将晶体缺陷理论系统地引入金属物理学教材;在科研上,他摒弃了过去炒菜式地研制金属材料的套式,以抓晶体缺陷的直接观测及与缺陷相关的内耗研究为主攻方向,展开全学科的科研工作。此后,冯端历任晶体物理教研室主任,固体物理研究所所长,研究生院院长,固体微结构物理国家重点实验室主任兼学术委员会主任,微结构科学技术高等研究中心理事长兼学术委员会主任等职。1991~1995年任中国物理学会理事长。1980年当选中国科学院院士,1992~1996年任中国科学院数理学部常委兼副主任,1996年起任中国科学院学部主席团成员。1993年当选为第三世界科学院院士。此外还任第六、第七、第八届全国人民代表大会代表。
我国固体缺陷研究的先驱者之一
本世纪30年代,以位错为对象的晶体缺陷理论诞生了,它的问世,带给人们极大的希望,因为预料它对材料范性与强度的诠释,有助于最终改善材料性能。然而,开始的20年进展不大,直至50年代获得了存在位错的直接证据以后,位错的理论与实验研究才有了长足进展。但是,由于受国际上某一学术思潮的影响,我国学术界一直很少涉猎。冯端看在眼里,急在心里,决定排除干扰,毅然带领几个年轻人大胆地闯入这一领域。在只有一台金相显微镜的条件下起步,困难是可以想象的,但冯端认为,科学研究并非多么神秘,也决非万事俱备才行,当然也不可能一帆风顺,就如同中国书法上的临帖,开始一定要找一些高水平的范本,仔细揣摩、临写,临多了自会品出味道,集众家之长而开拓出自己的新境界。
鉴于国际上对面心立方结构金属已有大量研究工作,成果可以借鉴,临帖不必重复,冯端选择结构类型及应用性能不同的体心立方结构金属为突破口,开始了晶体缺陷的研究。这类金属包括钼、钨、铌、钽等,在我国产量丰富,又是高新技术急需。但它们熔点很高,单晶体制备很难。他和同事们借鉴国外刚刚问世的电子轰击熔炼技术,制成了我国第一台电子束浮区区熔仪,成功地长出了钼、钨单晶棒。当时,我国还没有电子显微镜等先进研究工具,他们便因陋就简,借鉴传统的显示位错线露头点为蚀坑的浸蚀法,发展了可以显示位错线及其三维分布的浸蚀像方法,用光学显微镜观察研究,在较短时间内就在位错类型、组态、亚晶界位错结构和位错动力学等方面取得了独创性成果,在《物理学报》和《中国科学》等刊物上发表论文十余篇,并被选送参加1966年北京暑期物理讨论会,获得普遍好评。这一成就极大地鼓舞了国内同行,为在我国开拓晶体缺陷研究领域作出了重要贡献。
冯端常说,一个科学家,特别是一个学术带头人,既要把好航向,又要不断调整方向。保持连续性是立足、发展的基础,开拓创新才能保持先进。“文化大革命”后,为抢回失去的时间,配合我国激光事业发展的需要,冯端适时地调整研究方向,转向对激光与非线性光学晶体及其缺陷的广泛研究。这是一类复杂氧化物晶体,组元多、结构复杂且对称性低,常有多次相变,因而缺陷类型多,畴结构复杂,被利用的性能具有强烈的结构敏感性。因而有关的缺陷物理和相变物理的研究既大有可为,又极具挑战性。作为激光器核心部件的激光晶体和非线性光学晶体有非常高的完整性和均匀性要求。准确地了解各种晶体缺陷的发生、分布、运动和相互作用规律,是避免和控制缺陷的理论基础。为此,冯端精心组织了各种观测技术的创新和相关成像理论的研究,发展应力双折射貌相术、X射线衍射貌相术和透射电子显微镜衍衬术。在此基础上系统地研究了晶体中的位错、铁电畴等各种缺陷,提出了在晶体生长和后处理中避免和控制晶体缺陷的方案,有效地提高了晶体质量和器件性能。在相变的静态及实时研究中,也发现了大量新现象、新规律。例如,发现铁电相变点附近的多种微畴结构,以及某些晶体中通过多种物理过程实现相变的现象;发现在许多铁电、铁弹晶体中缺陷诱发畴并提高局域相变温度的现象;还发现了相变点附近的有序畴,从而确证某些传统的位移型铁电相变实际上同时具有位移型和无序—有序型特征。这些成果为了解相变的结构变化特征和缺陷在相变中的行为提供了有用信息,对发展相变的微观理论具有重要意义。
为表彰冯端在晶体缺陷研究领域取得的丰硕成果和在开拓我国晶体缺陷研究领域中的贡献,1982年国家给他颁发了自然科学二等奖。
探索和发展人工微结构材料
人为地设计和控制材料中的微结构(包括缺陷),以获得性能优异的新型材料,是迅速发展的微结构工程的主要目标。为此,冯端确定了新的研究方向:从原子、分子水平上研究不同层次、不同类型微结构的组态、分布、相互作用及形成与转变规律,揭示其与宏观物理性能间的内在联系,探索其中具有深刻内涵的物理过程和特殊效应,在此基础上进行材料的微结构设计,并通过各种现代化工艺手段,发展具有预定微结构设计,并通过各种现代化工艺手段,发展具有预定微结构和性能优异的新型功能材料。这一构想获得了国家有关部门的高度重视,于1984年投资建立了南京大学固体微结构物理国家重点实验室,尔后又被批准为第一批对外开放国家重点实验室。
铌酸锂等铁电晶体因其具有甚高的非线性光学系数而常用作激光倍频器,可惜的是非线性光学系数最大的方向却不能满足位相匹配条件,使其倍频效率大为降低。当时,N.布鲁姆伯根(Bloembergen)提出了准位相匹配理论,预期利用特殊的晶片组合能获得倍频增强效应。为此,冯端提出了制备聚片多畴晶体,只需一块晶体即可获得倍频增强效应的方案。基于对铁电畴结构与晶体生长工艺间关系的研究,他与合作者一起经过艰苦探索,终于成功地研制成周期为数微米的聚片多畴铁电晶体,实现了理想的倍频增强效应,从而首次在实验上全面验证了准位相匹配理论。这一成果获1997年国家科技进步二等奖,它不仅开拓了非线性光学晶体微结构化的新领域,也为其后发现一系列新的光学现象,研究准周期超晶格、二维光学超晶格及其物理效应打开了成功之门。
在他的倡导下,还进行了金属超晶格的系统研究。发现了周期超晶格的一系列新颖的声学特征和效应;特别是研制成功了准周期金属超晶格,研究了它的短波光学性质,并成功地进行了理论分析,从而获得了国家自然科学三等奖。
纳米材料因其由纳米尺寸的超细粒子构成而与传统的大块材料具有迥异的性质,近年来倍受嘱目。国际上研究工作开始之初,冯端即敏感地予以注意,并组织了金属和半导体纳米材料的研究工作,在其磁性、光性和电性等方面取得不少具有创新性的成果。他还是我国攀登计划项目“纳米材料科学”首席科学家之一,领导整个研究群体,深入研究具有普遍意义的科学问题,取得了重要进展。
凝聚态物理学是当今物理学中发展最为迅速的分支学科之一,材料科学则是现代科学技术发展的技术基础。微结构工程正处于两者的交汇点,尤显重要。冯端总是不失时机地将国际上的最新动态,研究成果介绍给大家,并根据现有条件确定课题,组织人才,尤其是青年科技人员从实验和理论两方面进行攻关。他还组织了高温超导电性、多孔硅、C60和碳管、团簇、铁电薄膜与多层膜等课题的研究工作。
为了加强凝聚态物理各相关学科各重点实验室之间的联系和合作,在冯端的倡导下,于1990年建立了由9个国家重点实验室组成的“凝聚态物理及相关学科重点实验室网络系统”。出于相同的目的,1994年由冯端提议组建了由苏、沪、皖三地区相关研究机构组成的“微结构科学技术高等研究中心”,推动微结构工程研究的合作与学术交流。这两个科研联合体的运作已对该领域的发展起到了显著的推动作用。
建立金属物理学新体系,探讨凝聚态物理学新范式
1950年以前,金属物理学经历了一个漫长的形成和发展时期,才成为一门独立的学科。其主要理论大都建立在对金属与合金的宏观性质与过程了解的基础之上。1950年起,由于出现大量尖端技术所需的新型金属材料,发展了诸如电子显微镜、放射性同位素、高能粒子辐射等许多强有力的新研究方法,尤其是借助于多种直接观察手段,使晶体缺陷研究取得长足发展,进而奠定了范性形变与断裂的物理基础。这时,金属物理学已经进入了一个新阶段,但国内尚无一本金属物理的专著,即使在国外也还没有几本包容当时最新成就的专著。冯端和他的同事通过长期教学和科研的积累,于60年代初写出了我国第一部金属物理学专著《金属物理》(上、下册)。该书将晶体缺陷理论全面地融汇于金属物理学各领域,使金属与合金的宏观性质有了明确的微观解释。日本著名学者铃木秀次赞誉说,在60年代写出这样的专著在国际上也是难能可贵的。其后的年代里,物理学的新技术和新理论层出不穷,当然也给金属物理学领域带来巨大的进展。非核生长型失稳分解、马氏体相变晶体学、软模理论等使相变理论有了重大进展;超高真空技术使清洁金属表面的结构与能谱研究成为可能,从而建立起表面物理学的框架;快速冷却技术又推出了非晶态物理学这一活跃领域……为了对金属物理学领域进行一次新的全面总结,冯端等于80年代中期起重新撰写出版了《金属物理学》一书。此书自立体系,取材新颖,以基本物理问题为主要线索,将材料的具体行为作为实例贯穿其中,使其适用性超出了传统金属物理学的范围,密切沟通了凝聚态物理学和材料科学,成为这一领域中在国际上独树一帜的一部专著,受到广大科技工作者的普遍欢迎。
冯端这种不为传统模式所束缚、勇于创立新理论体系的精神,在撰写《凝聚态物理学新论》和《凝聚态物理学导论》两部专著中更显突出。
现代固体物理大致建立于本世纪30年代,至40年代已规模初具。其范式(paradigm)的核心概念是“周期结构中波的传播”。此后,随着科学技术的迅猛发展,固体物理学发生着日新月异的变化,与此同时,它也面临着将其范式向外开拓和向内深化的局面。于是,在80年代中期,一个以“对称破缺”为核心的凝聚态物理学新范式已露端倪。冯端敏锐地察觉到这一动向,以其深厚的物理基础,放眼整个凝聚态物理学领域,孜孜不倦地学习、总结,陆续发表了“凝聚态物理学的回顾与展望”、“从固体物理学到凝聚态物理学”和“当代凝聚态物理学的发展”等一系列评述性论文。冯端说:“回过头去分析学科发展的历史进程,探索学科范式的建立、演变和重建,梳理出一些基本线索,再来观察分析目前发展的动态,就有豁然贯通之感”。根据这一体会,冯端开设了全新体系的博士生课程《凝聚态物理学导论》,并最终于1992年出版了专著《凝聚态物理学新论》。该书在探讨了作为凝聚态物理学框架的概念体系的形成和演化,强调了对称破缺在新范式中的核心作用之后,详细考察了新的有序相、无序体系、低维体系、细小体系和非线性现象,涉及新近的重要发现和当前的热门话题,将它们融贯于统一的框架之内,揭示不同课题间的相互关联。此书在学术界产生了较大影响,被誉为80年代以来国内外有影响的一部力作,荣获了1995年国家教委优秀教材一等奖。而国际上1995年才出版了类似的专著(P.M.Chaikin and T.Lubensky,Principles of Condensed Matter Physics)。目前,由冯端撰写的一部汇集凝聚态物理学领域最新成果,体系更趋完善的专著《凝聚态物理学导论》业已接近完稿,将以英语版本在海外出版。
此外,冯端与许顺生合作主编了专著《X射线衍射貌相学》,他还是《固体物理学大词典》、《物理学前沿丛书》及期刊《物理学进展》的主编,《凝聚态物理学丛书》的副主编,为我国的科技出版事业作出了贡献。
热心科普,启迪后人
冯端的少年时期曾得益于30年代精彩纷呈的科普读物,如J.金斯(Jeans)的《神秘的宇宙》,A.爱丁顿(Eddington)的《物理世界真铨》和《膨胀的宇宙》等。为了培养当代青年对科学的爱好,增进对科学的理解,乃至激发献身科学的志趣,冯端在极其繁忙的科研、教学、社会活动和领导工作之余,与冯步云合作,撰写了《熵》、《晶态面面观(漫谈凝聚态物质之一)》及《放眼晶态之外(漫谈凝聚态物质之一)》等科普著作。
熵是物理学中一个极其重要的概念,其含义深邃,也是众所周知最抽象、最难懂的概念之一。从宏观上讲,熵增加意味着能量的贬值;从微观上讲,玻尔兹曼赋予熵以概论解释。教科书上讲来甚费周折,学生学来仍困难。冯端在《熵》中以热传导与卡诺热机、棋盘游戏等简单而形象的例子来说明,不仅明白易懂,而且生动有趣。热力学第三定律讨论的是温度趋于绝对零度时熵趋近于零的逼近,《熵》中以生动的笔墨介绍了低温、低熵领域里,量子效应扮演主角,演出的诸如超导、超流等一幕幕精彩好戏。冯端的《熵》不仅以生动的文笔准确地诠释了熵这一难懂的经典概念,而且尽其所能地将物理学的最新成就融汇其中予以介绍,极大地激发了读者的兴趣,被誉为近年来难得的优秀高级科普读物。
晶态固体因其结构的规律性会让人觉得枯燥乏味,晶态之外的非晶、准晶、液晶、溶胶、凝胶、聚合物等又让人眼花缭乱,不得要领。然而它们在现代科技发展中发挥着重大作用,急待人们去开发。冯端在《晶态面面观》一书的前言中说:“有一种流行的看法,认为形象思维是艺术的专利,与科学无关。显而易见,这种看法是错误的,在科学中不但存在形象思维,有时形象思维还在其中扮演极其重要的角色,这在晶体学这一学科中尤为突出。”在《晶态面面观》及《放眼晶态之外》这两本著作中,冯端以优美流畅的文字,运用形象思维的方式表述活泼的物理思想,揭示其蕴含的严谨科学内容。“从雪花到C60”、“从墙纸到晶体”及“慕尼黑事件及其余波”,从日常所见引领人们认识晶体的对称性、平移周期性及其衍射效应,一层层揭开晶体结构之谜。又以讲故事的形式,描述位错这种晶体缺陷理论的提出与发展史,名人妙语,引人入胜,可谓融科学与趣味于一体。在晶态之外的世界,书中用“网络”、“张团”、“回避行走”等形象描述不同程度的有序状态,揭示无序中见有序、有序中见无序这种晶体之外凝聚态物质的特点,读来兴趣盎然。这两本著作获1998年国家科技进步三等奖。
半个多世纪以来,冯端一直致力于教学科研工作。尽管未曾出国留学,也未曾有名师指教,但他从不懈怠,永远孜孜以求。他常说,“我常有被困难纠缠住的苦恼,但更期望享受冲破困难的束缚而豁然开朗的喜悦”。他恪守“谋事在人”的座右铭,严以律己,一丝不苟。在家时每天清晨四时即起床读书、写作;外出时机舱、车厢就成了他的临时书房,许多新的构想就是在旅途中蕴育出来的。
冯端以平易近人、诲人不倦著称,他提倡并身体力行学术平等,能者为师,这些品格在他的研究集体中蔚然成风,大家都乐于在他的领导下工作。经他多年精心组建的学术梯队,其精诚团结的作风,活跃的学术气氛,敢打硬仗和永远进取的精神,在教育界和科技界都是众口皆碑的。现在,固体微结构物理国家重点实验室已经成为以三位中科院院士,两位国家首席科学家为核心的学术群体。1997年9月,《Nature》上一篇题为“西方科研评估与亚洲文化的际遇”的文章,把该室列为除日本之外亚洲地区科研已接近世界水平的两个优秀小区之一(另一为新加坡的分子与细胞生物学研究所)。
简 历
1923年6月11日 出生于江苏省常州市。
1942~1946年 就学于中央大学物理系,获理学学士学位。
1946~1949年 任中央大学物理系助教。
1949~1952年 任南京大学物理系助教。
1952~1963年 任南京大学物理系讲师。
1963~1978年 任南京大学物理系副教授。
1978年~ 任南京大学物理系教授。
1980年~ 任南京大学固体物理研究所所长。
1980年 当选为中国科学院学部委员,(院士)。
1984~1988年 任南京大学研究生院院长。
1985~1994年 任南京大学固体微结构物理实验室主任,兼学术委员会主任。
1991~1995年 任中国物理学会理事长。
1992~1996年 任中国科学院数理学部常委兼副主任。
1993年 任第三世界科学院院士。
1994年 任微结构科学技术高等研究中心理事长兼学术委员会主任。
1996年 任中国科学院学部主席团成员。
主要论著
1 冯端,王业宁,丘第荣.金属物理(上册).北京:科学出版社,1964
2 冯端,李齐,闵乃本.钼单晶中亚晶界位错结构的研究.物理学报,1965,21(2):431~449
3 冯端,王业宁,丘第荣.金属物理(下册).北京:科学出版社,1975
4 冯端.晶体缺陷研究的进展.物理学报,1979,23(2):141~151
5 李齐,冯端.铌酸钡钠晶体缺陷的浸蚀法研究.中国科学,1980(8):741~743
6 Feng D(冯端),Ming N B,Hong J F.,et al. Enbancement of S. H. G. of LiNbO3 crystals with periodic laminar domain. Appl Phys Lett,1980,37(7):607~609
7 冯端.凝聚态物理学的回顾与展望.物理,1984,13(4):193~211
8 Li Q,Feng D. Ferroelectric domains related to dislocations in BNN. Scientia Sinica(A),1984,17(9):961~972
9 Pan X Q,Hu M S,Yao M H,Feng D. A TEM study of the incommensurate phase and related phase transitions in BNN. Phys Stat Sol(a),1985,91:57~68
10 Feng D.Research review on defects in complex oxide crystal.Lattice Defects and Amorphous Material,1985,12(1~4):229~242
11 Feng D,Wang W S,Zhou Q,et.al.,Second harmonic generation in LiNbO3 crystals with modulated strutures. Chin Phys Lett,1986,3(4):181~184
12 Yang P,Jiang S S,Zhou H N,Feng D. The Xray dynamical diffraction contrast images of Brazil twin boundaries in natural quartz. Phys Stat Sol (a),1986,94(2):411~420
13 冯端等.金属物理学(第一卷,结构与缺陷).北京:科学出版社,1987
14 冯端,许顺生(主编).X射线衍射貌相学.北京:科学出版社,1987
15 冯端.从固体物理学到凝聚态物理学.百科知识,1987(3):43~46
16 冯端.当代凝聚态物理学的发展.物理,1989,18(1):1~10
17 Feng D,Chen J,Pan X D.et al. The roles of defects during structural phase transition in complex oxide crystals. Solid State Phenomena,1989(5): 129~142
18 Liang Y H,Chen J,Feng D. Identification of oxygen vacancies in YBaCuO super conductors by HREM.Appl Phys Lett,1989,54(4):368~379
19 冯端等.金属物理学(第二卷,相变).北京:科学出版社,1992
20 冯端,金国钧.凝聚态物理学新论.上海:上海科学技术出版社,1992
21 冯端,冯步云.熵.北京:科学出版社,1992
22 Zheng J G,Li Q,Feng D.On the two-dimen-sional superstructure in the(001) plane of BiSrCaCuO superconductors. Appl Phys Lett,1992,61(14):1721~1723
23 Jiang S S,Hu Z W,Yang P,Feng D,et. al. Studies on ferroelastic and ferroelectric domain structure in BSN,KN,KTN and NPP crystals by synchrotron radiation to pograbhy.Ferroelectrics,1993,140(1~4):71~80
24 Hu A,Wen Z X,Jiang S S,Tong W T,Peng R W,Feng D. One-dimensional KCOM-PONENT Fibonacci structures.Phys Rev,B,1993,48(2):829-835
25 冯端(主编).固体物理学大词典.北京:高等教育出版社,1994
26 冯端,冯步云.晶态面面观(漫谈凝聚态物质之一).长沙:湖南教育出版社,1994
27 冯端,冯步云.放眼晶态之外(漫谈凝聚态物质之二).长沙:湖南教育出版社,1994
28 Du J H,Li Q,Wang L C,Sang H,Zhang S Y,Du Y W,Feng D. Microstructural investigation of As-deppsited nanogranular Co-Ag films by HREM. Phys Stat Sol,(a),1995,151(2):313~317
29 冯端.凝聚态物理学与材料研究的前沿问题.物理,1996,25(10):577~585
30 冯端等.金属物理学(第四卷,超导与磁性).北京:科学出版社,1998
相关参考
吴有训钱学森吴有训《康普顿效应与三次X辐射》、《经轻元素散射后的钼K射线的波长》等作品,他主要研究贡献在X射线、特别是对散线和吸收方面。吴有训的学生有谁学生:冯端院士、胡宏纹院士,王淦昌、钱伟长、钱三
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