1、当代物理学进展二十九5固体物理学中国科学院建立以后，组建了以固体物理为主要研究方向的应用物理研究所，他们和一些高等院校一起，推动了晶体学、低温技术、磁学、固体强度与范性学的研究工作的发展。1958 年，在新建的中国科学技术大学内设置了以凝聚态物理为专业的技术物理系。1977 年中国科学院召开的新学科规划会议上，把表面物理、非晶态物理、固体缺陷、相变和高临界温度超导体确定为凝聚态物理的发展重点。这一时期，在北京、上海、昆明、长春、合肥等地建立了相应的研究机构。各地的高等院校也取得了一些重要研究成果。到1990 年，中国的凝聚态物理研究的分支学科，已发展成为包括晶体学、晶体生长、磁学、半导体物理、
2、电介质、非晶态物理、表面物理、低温物理、高压物理、固体缺陷、内耗以及固体离子学等十多个分支的大领域；研究机构已发展到十多个研究所和高校研究室，研究人员已达两千多人。(1)固体理论晶体中发生电子跃迁时，常常会伴随着发生晶格能量的改变，表现为晶体中电子跃迁的光吸收和光发射具有复杂的与温度有关的谱线形状。这个问题对认识晶体的光学和光电性质、认识晶体中激发出来的载流子的运动和寿命等都有重要意义。1950 年，黄昆和里斯（ARhys）在“F 心的光吸收和非辐射跃迁的理论”中首次对这个问题给出了完整的理论处理。他们把围绕 F 心的晶格原子的平衡位移位形用晶格振动的正则坐标来展开，跃迁前后的平衡位移位形的变
3、化便表现为晶格振动能量的变化。这样便清楚地得到了电子跃迁时同时会发射或吸收一个或多个晶格振动量子-声子的物理图象，得到了复杂的谱线形状以及它对温度的依赖关系的物理本质。国际物理学界公认这一理论的开拓意义，并把它称为“黄-里斯理论”，对以后发展起来的“极化子”理论的形成有重要影响。从 1980 年到1985 年，黄昆和他的学生比较严格地分析了这类理论处理的基础把电子运动和晶格运动分开处理的所谓绝热近似，提出一个有多个不同频率的声子模式参加的多声子复合过程的理论模型和计算这个模型的理论方法。1950 年，黄昆综合介质的电磁理论和晶格动力学理论对极性晶体提出了一对唯象方程。它提供了处理极性晶体光学振
4、动的基础，被称为“黄方程”。1951 年黄昆从黄方程出发，又推导出晶体中的声子与电磁波的耦合振荡模式。他所预见的声子与电磁波的耦合振动模式于 1963 年首先被半导体磷化镓的 Ra-man 散射实验所证实，被命名为极化激元。后来发现其他物质振动也有类似的与电磁波的耦合模式，也被称为极化激元。现在极化激元成为分析固体光学性质的基础，黄昆的工作在国际上被看作是极化激元领域的里程碑式的工作。70 年代后期和 80 年代初期，黄昆探讨了多声子复合理论中绝热近似是否失效的问题和无辐射跃迁的绝热近似及静态耦合理论，指出康登（Condon）近似实际上包含有微扰处理上的错误，并提出了选择非康登近似波函数的理论
5、判据。在此基础上，他证明了在晶格弛豫只限于电子-声子相互作用的对角部分以及非对角部分只限于一级微扰处理的范围内，绝热近似和静态耦合理论是完全等价的。这一结论，从理论上肯定和统一了无辐射跃迁理论的主要成果，并对其后无辐射跃迁几率的实际计算工作具有重大的指导意义。1982年，黄昆等又把多声子跃迁理论中广泛采用的单频模型推广为多频模型，提出了声子模型统计分布，揭示了多声子理论的一个新的方面，阐明在多声子跃迁中发射了哪些声子。1983 年，他又对多频模型中最陡下降法的理论基础做进一步探讨，证明了当声子数足够多时，由最陡下降法得到的跃迁几率与由严格理论得到的结果是一致的。80 年代，中科院理论物理所于浔
6、、苏肇冰等对电子-晶格畸变高度非线性耦合的跃迁过程进行了系统的研究，在黄-里斯理论的基础上，提出了一个多电子系统局域型非线性元激发的量子跃迁理论，给出了局域型非线性元激发辐射跃迁和无辐射跃迁量子跃迁几率的普遍表达式。在上述理论框架内，对于 Trans-聚乙炔引入了空间反演算符和电荷共轭算符，求得了系统哈密顿量，系统地导出了这种局域型元激发在辐射跃迁和无辐射跃迁过程中必须遵守的一些选择定则，并解释了实验上观察到的 Trans-聚乙炔系统光生中性孤立子对被禁戒的现象。在双极化子模型的基础上，应用上述理论到 Cis-聚乙炔的共振 Raman谱上，理论计算与实验结果基本相符。(2)晶体学晶体学是研究晶
7、体中的原子（或离子）排列的结构形态以及结构形态变化规律的学科。50 年代以来，中国物理工作者运用 X 射线、电子、中子等衍射和散射手段研究单晶和多晶的晶体结构，取得了多种结果。中华人民共和国成立初期，中国的 X 射线衍射研究，只有应用物理所陆学善等在合金的粉末衍射分析方面有过一些工作。不久，刘益焕开展了合金加工和热处理后结构、结构变化以及休姆-罗塞莱（Hume-Rothery）电子化合物中的有序无序相变及超结构的研究。吴乾章利用 X 射线多晶衍射物相分析方法，对耐火材料的耐用性进行研究。他们这些工作，对中国的 X 射线衍射分析研究起到了奠基作用。在建立和发展 X 射线多晶衍射的技术和方法方面，
8、物理所、上海硅酸盐所、化学所研制了精密型德拜-谢乐（Debye-Scherrer）照相机以及纪尼叶（Guinier）单色聚焦照相机和单色器。他们使用大直径德拜-谢乐照相机，通过修正偏心与吸收流移常数的方法，使测量晶体点阵常数的精确度达到五十万分之一，属于当时世界先进水平。同时，他们还推导出适用于低对称性的联立方程组来求解点阵常数；提出了适用于四方、六角、正交、单斜晶系的 X 射线粉末衍射图谱指标化的一种新图解法。陆学善和章综在利用 X 射线粉末衍射技术研究金属合金体系的有关晶体结构和超结构的工作中，发现了合金相中一类以氯化铯型为基本结构单位，空位做有序分布而形成的超结构相，指出决定其结构的主要
9、因素是基本结构单位内所含的平均价电子数。这其中，最突出的成果是发现铝-铜-镍三元素的 相内存在着 8 种结构。这 8 种结构都是以氯化铯型为基本结构单位，经畸变和空位沿六角晶系的 z 轴做有序分布而形成的 1017 层的属于不同结构类型的超结构。用 X 射线衍射法对物质多型性进行的研究也曾取得良好成绩。上海硅酸盐所郭常霖等发现 84 种碳化硅新多型体，占到世界上所发现的 150 多种多型体的一半以上。他们还测定过 10 多个属于特殊结构系列的新多型体的晶体结构。物理所在对碘酸锂的相变研究中，发现碘酸锂相变过程存在着一系列中间相。这些工作，使人们对重建型相变有新的认识。物理所用多晶粉末衍射的方法
10、测定过一系列金属间化合物和无机盐的晶体结构，如 FeGa3，CoGa 3测定的精确度达到了世界上公认的高水平。1955 年，唐有祺在应用物理所组建了中国第一个单晶体结构分析的研究组。同年，在中国首次用 X 射线方法测定出一个单晶体结构。次年，吴乾章在应用物理所指导单晶体结构分析方法的研究，稍后，又倡导和组织了对结构分析“直接法”的研究，并最先组织了单晶体结构分析电子计算机程序的编写工作。1963 年以来，范福海等对直接法进行大量研究，他们突破了晶体学中直接法只能应用于小分子单晶体的 X 射线衍射分析的狭小领域的局限，开展了将直接法应用于测定蛋白质结构的研究，在将直接法与传统的蛋白质结构分析方法
11、-同晶型置换法和异常散射法相结合的研究中，取得了国际上迄今最佳的试验结果，从而把直接法的应用从小分子推广到大分子。范福海、郑启泰等就直接法处理晶体结构分析中关于由赝对称引起的衍射周相不确定性问题，即用直接法测定特殊的“超结构”问题进行了系统研究，阐明了这一问题的原因、表现形式及解决这一问题的方法理论；建立了一套系统的实用算法，并将这种算法纳入了直接法电子计算机程序系统 SAPI。这是目前国际上唯一能够自动处理晶体结构中赝对称性问题的程序。中国的电子显微术研究始于 1951 年，当时钱临照和何寿安等在物理所装备的中国第一台电子显微镜上对金属单晶体初期范性形变进行电镜研究，在考察铝单晶滑移形变后的
12、表面特征中发现许多新的物理现象。60 年代，金属所郭可信和物理所李方华开展了电子衍射的研究。郭可信等研究了单晶电子衍射图的几何并对不同类型电子衍射图进行了分析；李方华等用透射和反射式电子衍射方法研究了薄膜结构与薄膜性能及其制造工艺之间的关系，并提出了一个从动力学电子衍射强度出发，寻求结构振幅的经验方法，以此测定了 23 烷醇晶体结构中的氢原子位置。70 年代后期，物理所和金属所都开展了高分辨电子显微术方面的工作，用点阵象技术直接观察了晶体的结构和缺陷；随后，又开展了结构象的应用研究，建立了高分辨电子显微象的模拟计算技术。半导体所、上海硅酸盐所、固体物理所等单位也先后开展了这方面的工作，在研究各
13、种氧化物、金属、半导体等材料的晶体结构、缺陷、界面时观察到许多新的结构现象。80 年代，物理所在高分辨电子显微术方面的研究，提出了赝弱相位物体近似的象衬理论，并在此理论的指导下，首次在高分辨电子显微象上观察到轻原子锂。1991 年中科院物理所的李方华、范福海、胡建军等把直接法推广到高分辨电子显微像。建立了一种新的高分辨电子显微像图象处理方法。它综合了电子显微术和衍射分析的优点，并把最大熵原理应用于高分辨电子显微学中，借助像的解卷处理，找到了一种适用于微小晶体试样结构分析的新方法，接近衍射分辨极限，成功地测定了未知晶体结构。物理所冯国光用会聚束电子衍射方法研究了晶体的对称性和晶体缺陷，并首先指出
14、可以用豪威（Howie）和徽伦（Whelan）发展的晶体缺陷理论来解释畸变场的会聚束电子衍射结果，提出了实现大角度会聚束电子衍射的一种新方法，还开展了电荷密度波的研究。1984 年，国外首次报道用电子衍射方法在急冷铝-锰合金中发现了具有 5 次对称性的 20 面体准晶。这种准晶无平移周期，但仍属长程有序，具有准平移周期。1984 年，在郭可信、叶恒强的指导下，中国科学院金属研究所的王大能发现，过渡族金属合金中的四面体密堆相的电子衍射图中衍射斑点是非周期性的五次旋转对称分布，认为这是各种纳米微畴中的 20 面体柱具有相同取向引起的。受此启发决定用快速凝固（ 10 6度/秒）方法制备 20 面体原
15、子簇。1985 年初张泽在 Ti2Vi 合金中发现 20 面体对称准晶。这一独立发现得到了国内外的肯定。物理所冯国光等于 1986 年在铝铁合金中发现了有 10 次对称性的准晶。1987 年，在郭可信指导下，北京科技大学研究生王宁和中科院北京电子显微镜实验室陈焕，首先在急冷 CrNiSi 合金中发现了过去认为“不允许”的 8 次旋转对称准晶，他们还在急冷 VNi 合金中找到 12 次旋转对称准晶。上述几个研究单位在一系列合金中找到 20 多种准晶，占 1987 年前后国际上已知的准晶数目的一半以上。1987 年前后，中科院物理所李方华、麦振洪、陈熙琛、潘广兆等在“准晶体结构和相位子缺陷”研究中
16、，发现了介于准晶体与晶体之间的中间状态，观察到从准晶体到晶体的连续转变；阐明了 20 面体准晶、10 次准晶以及 8 次准晶与某一特定的相关晶体在结构上有密切联系，指出它们之间联系的媒介是线性相位子应变。在这些工作基础上，提出了从相关晶体结构来求定一个与准晶结构有关的高维晶体的结构，从而发展了测定准晶体结构的新方法，并测定了 Al-Cu-Li 和Al-Mn-Si 准晶体的结构。1958 年，应用物理所吴乾章与原子能所共同开展了用中子衍射方法研究晶体结构的工作，并组织了把 X 射线、电子和中子三大衍射技术结合起来互相补充的研究工作。1980 年起，中国和法国的科学家合作成功地研制成具有国际水平的
17、中子散射三轴谱仪和四圆衍射仪。利用这两台仪器开展了一系列工作。林泉等利用中子非弹性散射研究了晶体的旋声性，观察到在某些旋声晶体中，左旋的和右旋的圆偏振声子可能具有不同寿命的现象。1960 年，原子能研究所杨桢、张焕乔等和中科院物理所李荫远开展了中子外场衍射这一课题的研究，发现当石英单晶做超声压电振荡时，衍射的中子束强度成倍增强。他们测定了增长倍数与振荡频率、中子波长的关系，以及摇动曲线宽度变化、中子的单色等性能，并对其机制做了初步分析。这一现象的研究导致了对在运动的或具有晶格梯度的单晶对中子衍射机制方面的广泛探讨，阐明了中子动态衍射和单晶形变对衍射的各种影响，成为目前利用运动的晶体做衍射及利用
18、形变晶体做衍射等衍射新技术的理论基础。1974 年，他们又发现不大的直流电场，能导致 -碘酸锂某些晶面的中子衍射强度显著增大，以及与这一现象有关的弛豫现象、各向异性、温度和低温“冻结”效应、交变电场效应等。对此现象的探讨，导致 1977 年发现了直流场作用下 TGS 单晶在临界点附近的中子衍射增强现象，并引起国内外对 -碘酸锂在静电场下物理特性的广泛研究。此后，课题组又发现了TGS 单晶在临界温度附近呈现的、外加静电场引起的中子衍射增强现象。(3)非晶态物理和液晶理论自 1974 年以来，中科院物理所、金属所、上海冶金所、固体物理所和中国科技大学等分别在潘孝硕、李林、王景唐、何怡贞等主持下，先
19、后用射频溅射、真空蒸镀、急冷工艺和离子注入等方法制备成各种非晶态稀土-过渡族合金薄膜和多层膜，以及各种铁基、钴基、锆基和铝基非晶合金薄带，并较深入地研究了它们的结构、电子态、弛豫过程、形成和相变、均匀流变、蠕变和断裂、内耗、磁共振、穆斯堡尔效应、光散射、电性、磁性、超导电性、高压下的物性和理论模型。王荫君等研制成具有垂直膜面各向异性的钆钴薄膜。潘孝硕、詹文山等系统地研究了过渡族元素对铁硼系非晶态合金的磁性和电性影响的规律，并观察到非晶态合金中感生各向异性的可逆和不可逆结构弛豫。赵见高等用核磁共振研究了非晶态铁硼合金的短程序结构和硼原子的配位规律。邬钦崇和何怡贞等从晶化动力学理论与实验两方面研究
20、了非晶合金的晶化过程，区分出晶核形成和长大的两个阶段。王景唐等在非晶态镍磷合金的晶化过程中，观察到有 4 种不同取向的六角亚稳相和两种新的六角亚稳相晶体。王震西等在非晶态钇铁合金中观察到氢致交换增强效应。韩大星等观察到非晶硅光电导的热淬灭及红外淬灭现象。陈立泉和俞文海等还研究非晶固体的离子电导，在非晶态硼酸锂中观察到晶化前期的离子导电反常增高。赵忠贤等对非晶态铜镍锆合金的研究，指出它们的超导电性主要取决于费米面上的态密度。中科院半导体所根据研究硅反型层中的安德逊（Anderson）定域化的实验结果，提出了一个非均匀无序系统的模型，并由此解释了最小金属电导实验与理论预期的差异。他们利用红外光谱和
21、喇曼光谱研究了氢化和氯化非晶硅材料的振动谱，提出了识别硅-氯键的新见解，证实硅-氯键的形成可以提高薄膜的热稳定性。他们还把表面分析技术用于研究氢化和氯化非晶硅的化学键形成和金属绝缘体半导体多晶硅太阳能电池，通过对氢化非晶硅中氢原子间非键互作用的研究，指出它是导致氢原子局域振动模紫移和展宽的可能原因。1979 年以来，清华大学柳百新等对“载能离子束与金属作用下合金相形成及分形生长现象”进行研究，在固体薄膜中首次观察到多种分形凝聚行为和形态，提出了尖端-尖端模型和形核-凝聚模型，丰富了分形研究的实验结果；在非晶态薄膜中发现了旋错，证实了非晶态固体中不可能存在稳定的位错，而只能产生旋错；实现了原位研
22、究薄膜的分形生长，论证了化合物合成中“结构适应性”原则。1969 年，中国开始开展对液晶的研究。80 年代初中科院物理所张洪钧、戴建华、王鹏业等在“液晶光学双稳态中混沌运动”的研究中，观察到双稳区内存在新型周期为 tR的暂态振荡，做出理论解释；计算了液晶光学双稳态的分岔图。此项工作还为混沌理论的研究提供了一个进行实验验证的非线性系统模型。80 年代中期，清华大学诸国桢在液晶中发现了一种新的机械波，被命名为“指向波”，是分子排列状态挠动的传播。这一发现对非线性动力学和生物物理学的研究有重要意义。从 1989 年起，中科院理论物理所欧阳钟灿等利用液晶理论研究人工生物膜形状，成功地解释了人工生物膜泡
23、形状、人工膜螺旋结构，并预言了半径比为 的环形膜泡，得到了法国的实验证实。(4)内耗研究中华人民共和国成立初期，应用物理所和清华大学就开始针对碳、氮在铁中的扩散、脱溶和沉淀以及铁的高温蠕变和含碳的影响，合作进行内耗研究。1952 年以后，中科院金属所也大量开展了内耗研究。这一时期，葛庭燧等首次在 -铁和镍等面心立方晶体中观测到填隙原子所引起的斯诺克（Snoek）类型的内耗峰。最初是在含碳的几种面心立方系合金钢中发现，这种内耗峰的高度与含碳量成正比。随后，又发现含微量锰的 -铁中因含碳而出现内耗峰，这种内耗峰的高度与含碳量的平方成正比。这类现象在含碳的镍铝合金和纯镍中也观测到，而且内耗峰的高度也
24、是分别与碳含量的一次方和二次方成正比。这说明填隙原子能够在面心立方点阵中引起内耗峰是一种普遍现象。中科院金属所在内耗研究上，取得了重要成果。他们总结了关于铁、铜、铝、镍等金属及镍碳、铝铜和铝镁合金在范性形变过程中内耗的实验结果，提出了金属范性形变低频内耗的位错动力学模型；开展了用能量消耗的方法研究铝及铝合金在疲劳载荷作用下所发生的基本过程的工作，并根据点缺陷（定位和溶质原子）与位错的交互作用的观点对实验结果做出解释；比较系统地继续进行了葛庭燧在 1949 年首先发现的表现反常振幅效应的内耗峰实验，明确地提出了位错弯结气团模型。80 年代以来，中国科学院内耗与固体缺陷开放实验室在葛庭燧领导下，对
25、晶粒间界的非线性内耗进行了系统而深入的研究，发现了正常和反常振幅效应的温度内耗峰等非线性弛豫现象。近年来他们又发现了位错与点缺陷交互作用所引起的一系列非线性的滞弹性内耗弛豫谱。因此，葛庭燧开创了新的非线性滞弹性领域。(5)表面物理学现代表面科学是从原子尺度上来研究固体表面的结构、物性和表面上的反应过程，同各国科学界一样，中国物理学家对这一研究领域极为重视。1975 年，中科院物理所、半导体所等单位合作研制出了分子束外延设备。物理所周均铭等和半导体所孔梅影等都利用自己研制的分子束外延设备，成功地生长出高迁移率的砷化镓/镓铝砷调制掺杂材料，并对其进行了一系列电学和光学实验，观察到量子霍耳效应。物理
26、所还制成高电子迁移率场效应晶体管和开始研制超晶格。中国科学院通过分子束外延设备和俄歇谱仪的研制，建立和发展了中国超高真空和弱信号检测技术以及表面分析技术。1987 年建立表面物理国家重点实验室，进一步加强了表面研究工作。物理所林彰达和伍乃娟等深入研究了过渡金属及其化合物的表面结构和电子能谱，通过对钨系统（碳/钨，硅/钨，铯/钨，氧/钨；各种形态氧化钨等）、钼、钯、铂、铁和镍等系列的表面研究，解释了催化活性、表面中毒、表面氧化腐蚀、薄膜磁性和电子发射等机理。他们还紧密围绕能源的开发和利用，研究了光分解水制氢电池的电极表面，提出用双层电极膜作电极材料的思想，实现了提高分解水的效率和增加稳定性的要求
27、。物理所的研究人员通过研究稀土和钛铁系材料的贮氢特性，提出了常见杂质气体与硫化物表面中毒及再生的机理，总结出分凝状况与活化孕育期的一般关系，为贮氢材料的应用提供了重要科学依据。金属所郭可信和李日升等研究了断口的表面分凝和偏析在金-铜合金择优溅射中所起的作用，讨论了合金溅射中的基本物理问题。半导体所许振嘉和钟战天等以及物理所和中国科技大学的一些研究组进行了金属/半导体、硅/硅化物、氧化物/砷化镓的界面研究，对半导体器件的研制起到很好的推动作用。物理所和金属所等单位利用低能电子衍射技术对石墨插层材料和过渡金属材料的表面结构、有序-无序、公度-非公度表面结构相变等进行了基础表面物理研究。这些工作都推
28、动了金属硅化物形成规律、金属/半导体界面及肖特基势垒、半导体异质结等的研究。同时发现并解释了金属半导体界面形成过程中成分的表面偏析现象，在国际上得到好评。19801988 年，北京师范大学王忠烈等进行了“离子注入形成浅结和离子束感生界面混合机理研究”，提出了离子束混合机制的新模型，认为离子束感生界面原子混合特性不仅与系统的碰撞特性有关，还与系统的化学特性、热力学性质、冶金特性有关；开展了用离子束混合方法形成硅化物规律的研究；研究了 W-Si、Ti-Si、Pt-Si 的生长动力学和退火特性。此后，张荟星研究小组制成我国第一台金属蒸气真空弧离子源（MEVVA 源），并用于金属离子注入材料表面改性。
29、(6)半导体物理学50 年代初，中科院物理所电学研究组在王守武和汤定元领导下对氧化亚铜的震耳效应和电阻率、硫化铝的光电导、电子生伏特效应等开展了研究工作。以后，他们又对锗中少子寿命以及 P-N 合金结中少子注入理论进行了研究。60 年代初，北京大学甘子钊对半导体中隧道过程进行了研究，发展了一种描述半导体中高阶隧道过程的理论形式，提出了锗中隧道过程主要是杂质散射产生的二阶隧道过程的论述。80 年代中期以来，北京大学在黄昆的领导下，发展了量子阱中四分量空穴波函数的理论，指明各分量代表不同轨道角动量，对涉及复杂带的电子态研究具有重要意义。在超晶格中光学声子模的研究中，他们发展了一种微观模型，正确地解
30、决了先前国际上沿用的连续介电模型中存在的矛盾和困难。在这一理论指导下，他们在超晶格实验研究上也取得一系列有特色的成果。19841989 年，清华大学朱嘉麟、顾秉林、熊家炯在超晶格量子阱电子结构的研究中，把数值计算和解析方法结合起来，利用“分区级数解法”，得到了球形方位阱中类氢施主态的精确解和二维磁杂质的精确解；在无序系统电子关联研究中，提出无序效应与维数密切相关的观点，发现了“硬”库仑能隙；在半导体合金研究中，用原子团变分方法研究了合金的热力学行为及其原子间的长程序和短程序、电子结构反常等。80 年代，清华大学何豫生对-族窄禁带半导体 Pb1-xSnxTe 合金的电子结构进行了系统的研究。首创
31、的“双窗函数方法”使得国际上停顿十多年的畸变相费米面取得了突破，而且对一般复杂的傅立叶频谱分析有普遍的启发作用。第一次得出-族化合物畸变相下完整的 SdH 振荡谱，从而证实了双层费米面结构，并确定了有关能带参数。用量子振荡方法对结构相变过程中费米面变化及电子-声子相互作用做了实验和理论研究，在国际上首次观察到散射因子 TD（Dingle 温度）随温度的反常变化，提出了铁电畴壁附加散射理论解释。80 年代中期以来，中科院半导体所的研究人员用赝原子轨道组合法、量子化学中的 Xa-SW 法以及半经验自洽计算法和自洽赝势法等不同方法，对半导体以及半导体中的空位和杂质的电子态、半导体表面的弛豫效应和化学
32、吸附等做过很多理论研究工作。在赝原子轨道法中，他们把杂化键作为基函数，建立了一套将原子键函数按照晶格对称性分类和组成对称化函数的系统方法。在把量子化学计算方法用于半导体研究中，他们对集团模型的边界问题和半经验参数做了探讨和改进。上海技术物理所在汤定元领导下，对窄禁带半导体材料的电子、声子结构做过许多工作。沈学础等比较系统地研究过掺杂、无序和混晶半导体的晶格振动行为，尤其是低频晶格振动行为。他们发现，在横声学声子带上方态密度陡峭下降的位置附近，有一个轻杂质诱发的局域化振动模。这一现象对所有被研究的半导体具有普遍性，被判定为与横声学声子带相联系的声学局域模，但在典型离子晶体中却不存在。半导体所的科
33、研人员用玻恩-黄昆方程和等位移模型研究了混晶中长光学声子谱，并进行了相应的实验研究。他们还探讨了混晶半导体中无序对本征吸收光谱的影响和对能隙的影响。19751976 年，北京大学王阳元等研究开发成功我国第一块大规模集成电路硅栅MOS1024 位随机存贮器，并开发成功了集成电路的硅栅技术和 N 沟道技术。王阳元还进行了大规模集成电路中多晶硅薄膜氧化物动力学和电学性质的研究，他提出的“应力增强氧化”模型和统一的迁移率模型，引起国际学术界的重视。中国科学院半导体所赵学恕、李国华、杨桂林、王炳燊等人在物理所有关人员协助下，在磷化镓（掺氮、碲、锌）的静压光致荧光研究中，首次观察到磷化镓中自由激子的零声子
34、发射，在 0100 千巴下研究磷化镓中氮和砷化镓中氮的束缚激子压力光谱时，发现在此压力范围内砷化镓中氮的束缚态会在禁带中出现；在测量磷化镓中氮和氮氮对束缚激子线的压力系数时，发现深的能级压力系数较大，并且有非线性。在理论上，他们提出有效质量的变化（即能谷曲率的变化）对深中心压力行为有决定性影响的观点，全面定量地解释了磷化镓中氮和氮氮对束缚激子的压力行为。19691970 年，北京师范大学韩主恩、张荟星等与有色金属研究院余怀志等研制成功 200kV 离子注入机，并制成我国第一个用离子注入法得到的 P-N 结。后来又将该机改制成 400kV 离子注入机。随后，张通和、来永春、李国辉等首先开展离子注
35、入半导体掺杂、GaAs 氧隔离工艺；协助机电部 13 所和北京市半导体研究所研制生产了高频低噪声微波管、氧注入隔离 GaAs 微波管和线性电路。1978 年后，张通和、来永春等对“大规模集成电路离子注入浅结工艺和电参数控制”进行研究。他们测定了浅结参数、电学参数，掌握了高浓度浅结制备的基本规律；同时首次在我国开展了离子注入白光快速退火技术的研究，研究了注入层缺陷和控制技术；建立了一套计算机模拟和分析方法。林振全研究组采用离子注入工艺制备磷化镓-氮化镓固溶体，并对其光电性质进行了研究，在化合物半导体发光材料中深能级等方面的研究中取得不少成果。(7)电介质物理学50 年代后期，中国科学院开始进行电
36、介质物理及其应用的研究。物理所曾开展二元系光敏驻极体静电成像研究。他们将光敏半导体氧化锌和有机电介质复合形成高暗阻光导体系，使光电响应的谱区由紫外扩展至整个可见光，这种体系还存在显著的界面极化现象。他们还研制出一种带电的、可维持半年以上处于悬浮状态的能使上述体系潜相显示的静电显示液，并用电泳原理对这种悬浮机理做了解释。物理所、电子学所开展过以钛酸钡为基础或与钛酸钡类似的、用于贮能和换能的铁电体的研究。60 年代初期，中科院声学所、物理所几乎同时研制出当时国际上尚未公开的不同类型的锆钛酸铅（PZT）铁电压电体，分别用作水声、超声的换能器、传感器，或用于滤波器。80 年代初期，中科院物理所与冶金部
37、北京地质研究所合作，用介电谱研究各地的赤铁矿（富铁矿，分子式为 -三氧化二铁），提出了凡富铁矿都具大介电常数这一概念。他们还对赤铁矿的极化和弛豫做了定性解释，为富铁矿的有效探测提供了理论和实验根据。声学所在对几种压电材料（如 PZT-5，PZT-4，钛酸铅-741，钛酸铅-831）进行极化处理时，发现有超声发射现象，声发射与压电材料的种类及掺杂性质有关；还发现不易老化的压电材料声发射强度也大。他们把声发射现象归于电畴的转动。声学所还采用迭代法，从严格的理论公式出发，编制出计算压电陶瓷的弹性复系数矩阵的计算机程序，可算出压电陶瓷的全部机电性能系数的实部和虚部。(8)低温物理学中国的低温物理事业，
38、是中华人民共和国成立初期在钱三强、陆学善、彭桓武等大力支持下依靠自建的低温实验条件发展起来的。中科院物理所是我国低温技术与低温物理研究的发源地。1953 年，在洪朝生领导下，在中科院应用物理所筹建低温实验室。1956年建成氢液化系统，1959 年氦液化的实现为低温物理实验提供了重要的条件。50 年代末60 年代初，中国的低温物理实验基本上是在中科院物理所进行的。60 年代初期，中科院物理所组建了低温技术研究组，它的一个新目标就是研制氦膨胀机。1960 年，他们研制成功采用活塞膨胀机预冷的氦液化器，去掉了液氢预冷。1962 年，周远对这种氦膨胀机的活塞-气缸密封结构做了根本改进，变传统的窄缝隙气
39、体润滑低温密封为室温密封，大大降低了对加工精度的要求，解决了设备制造与保养的技术难题。1965 年以来，这种新型氦膨胀机型液化器一直在进行小批量生产，使液氦的使用在中国达到一定程度的普及。1964 年，物理所应用绝热去磁方法获得了 10 毫 K 的温度。19571960 年，中科院物理所管惟炎在苏联发现“反向卡皮查热阻”。他系统地研究了多种固体与超流氦的传热后，提出了固体表面非晶态层对声子失匹配有重要影响的新物理模型，受到国际学术界的重视。1960 年他回国后从事超导强磁体材料和第二类超导体机制的研究。他和张其瑞、曹效文合作，用实验的方法研究了铅-锑合金的脱溶过程对超导体临界特性的影响。结果表
40、明，强磁场超导体的高临界场与大电流密度有完全不同的起源，临界场主要取决于合金材料中电子的平均自由程，而较高的临界电流则来源于脱溶产生的第二相和位错等缺陷。这一结果对我国随后进行的实用超导材料的研制，在工艺上有着重要的指导意义。1980 年，管惟炎在法国研究急冷铝-硅合金的超导电性时，发现了反常的磁阻效应，即在某一磁场区间的超导转变中，与正常情况相反，超导体的电阻会随着磁场的增大而减小。1966 年以前，中科院物理所主要的研究工作是，超导薄膜的物理研究及超导计算机元件的开发。该项研究推动了真空镀膜技术的发展，并为开展超导量子干涉器件的研究提供了一定的技术储备。在管惟炎带领下，物理所与高等院校及冶
41、金部合作，在上临界场值与合金化、磁通钉扎、磁通冻结、分凝的关联以及 NbTi/Nb3Sn 材料工艺等方面获得若干研究结果。在理论上，对于含有顺磁杂质超导体的能隙结构（束缚态）问题的研究，当时在国际上是领先的。从 1976 年底起，中科院物理所低温物理研究工作的内容除超导薄膜物理、超导材料物理、磁体物理外，发展了超导器件物理、高临界参数超导电性非平衡超导电性在一维系统物理、非晶态物理、自旋玻璃等方面的研究，并取得了较好的成绩，如通过高温高压下非晶合金的结构变态研究，获得的 A15型 Nb3Si 的超导转变温度 19K 领先于国际上其它实验室，较早地研制成功超导转变温度为 23K 的 A15型 N
42、b3Ge 薄膜。约瑟夫逊效应器件及其物理的研究也是物理所重点开展的一项研究工作。早在 70 年代，物理所就率先开展了铌微桥约瑟夫逊器件的制备和物理研究，并于 1974 年利用这种器件制成直流超导量子干涉器件。后来，他们又制成铌超导隧道结，它既可以用来制造超导量子干涉器件，又可以用于电压基准计量。80 年代以来，物理所研制成的全铌隧道结超导量子器件已经达到实用水平。北京大学孟小凡、李嘉璋、吴修文等研制成功超导微桥射频超导量子干涉器件，与中国计量科学院乔蔚川等研制的射频超导量子干涉仪电子线路相配合。1977 年，根据自然科学发展规划，中国科学院将物理所低温技术研究部分与中国科学院气体厂合并，组建成
43、一个低温技术专门研究机构。经洪朝生等积极策划，于 1980 年正式组建成中国科学院低温技术实验中心。这个中心为北京等地区的 20 多个单位提供液氦，并为其他地区的单位提供液氦实验条件。他们配合国内准备中子散射实验条件的任务，研制成功冷中子源使用的氦-液氢系统。此外，他们还一直在研究制冷方法，研制新的低温设备，建立了作为国家临时低温温度标准的 0.530K 标准点系统，进行低温材料性能的测试工作，进行有关低温物理的研究。经管惟炎、赵忠贤的倡议，中国的高临界温度超导体的研究从 1976 年开始启动，物理所在非常规超导体和亚稳相方面都取得了研究成果。瑞士科学家贝诺兹（JGBednorz）和米勒（K.
44、A.Miller）曾指出，钡、镧、铜和氧四元氧化物超导体，可能是一种超导转变温度高于 30K 的新型超导材料。物理所赵忠贤等受此启发，于 1986 年 9 月开始了高温多相氧化物超导体的研究。他们通过对贝诺兹-米勒论文的分析，推断出在铜三价和铜二价（Cu 3+和 Cu2+）的离子之间巡游电子的运动有可能使两种离子交替变化。由于 Cu2+具有扬-泰勒效应，这将导致交替的晶格畸变，造成很强的点阵不稳定性而又不会发生结构相变，从而有可能导致某些氧化物超导体转变温度的提高。在日本、美国宣布获得转变温度约 40K 的超导体后，同年 12 月下旬，他们在钡（锶）镧铜氧系统中首次获得 48.3K 和 48.
45、6K 转变温度、40K 零电阻温度的超导体，并观察到 70K的超导迹象。物理所李林领导的小组用磁控溅射法制备出 Tc 为 25K 到 27K 的 LaSrBaO 薄膜，并有明显的 Meissner 效应。1987 年 2 月 16 日，美国科学家朱经武宣布发现了转变温度为 98K 的氧化物超导体。2 月 19 日，物理所赵忠贤和陈立泉等又独立地在钇钡铜氧多相氧化物体系中发现了起始转变温度在 100K 以上，超导中点转变温度为 92.8K，零电阻温度为 78.2K，在 93K 时出现抗磁性的超导样品，且重复性能很好。2 月 24 日，在美国之前，中国科学院物理所首先公布了钇钡铜氧（YBaCuO）
46、超导体材料的组成。此后，国内外很多实验室，包括中国科学院的许多单位，如中国科技大学、化学所、冶金所、金属所、中国科技大学研究生院、上海硅酸盐所、长春应用化学所、合肥等离子体物理所、固体物理所、电子学所等都制成了这种材料。赵忠贤等又用多种稀土元素替代 Y 获得十几种液氮温区超导体，最早的一批结果在 1987 年 3 月 27 日发表。该小组在国际上最早用持续电流方法确定 YBaCuO 超导态电阻率上限为 210-8；在国际上首先确定（123）相 YBaCuO 在实验误差0.2K 范围内无铜的同位素效应；用 Hall 效应确定 YBaCuO 超导体载流子为空穴型；用点接触隧道证明YBaCuO 超导
47、体存在能隙；确定了通常工艺制备的 YBaCuO 晶粒超导性存在壳层结构；烧结材料存在合作弱连行为；证明在微波场中 YBaCuO 的约瑟夫结感应台阶高度服从贝塞尔函数，与通常超导体相同；确定了 YBaCuO 超导相的结构为正交（123）结构；用半满哈伯特模型得出在某些参数范围对反铁磁-超导共存能量有利。此项研究成果为我国高温超导研究争得了世界上的领先地位。1988 年 1 月下旬至 2 月底，继日本、美国之后，物理所又先后制出了无稀土氧化物铋锶钙铜氧和铊钡钙铜氧超导体。这两个体系超导体的转变温度均突破了液氮温度，其中铊系氧化物的零电阻温度已达到 120K。他们还最早在铋系氧化物中确定了无公度结构
48、。19871989 年，北京大学甘子钊、尹道乐等也以 Y 替换 La，独立得到Tc=91K 的 Yba2Cu3O7-8高温超导体。1988 年，中科院物理所李林、李宏成、赵伯儒等随之采用直流磁控溅射原位外延法制备 ReBa2Cu3O7（ReY、Gd，可简写为 YBCO 和 GBCO）高温超导薄膜。他们采用单个化合物靶，在 Ar+O2气中溅射，使薄膜中含有所需的 4 种元素的原子。他们制备的YBCO、GBCO 高温超导薄膜零电阻临界温度 Tco 达到 90K 以上；1988 年底获得的 77K 临界电流密度达到 1.34106A/cm2。以 Tco90K 为标准时，小批量连续生产制备薄膜的优质品
49、率接近 100%，所制备的薄膜为方向性很好的外延薄膜。此后 Y（Gd）BaCuO 薄膜的超导性能一直处于世界领先地位，临界电流密度达 7.2106A/cm2，并且重复性很好。1988 年盛正直等在 TlBaCuO 体系中发现 Tc 达 125K 的超导体。中国科技大学通过 Bi 系掺 Rb 和 Sb 观察到了 Tc=130K 的超导性。清华大学何豫生等用超声衰减为手段测量了高 Tc 超导体晶格不稳定性，最先发表了现有几种超导体随温度变化的德拜温度曲线。(9)高压物理学1949 年以前，中国仅有叶企孙与汤定元先后在国外从事过高压研究。1956 年，高压物理被列入中国十二年科技发展远景规划。按照这个规划，中科院物理所何寿安于1958 年首先着手建立在进行人造金刚石合成实验所需的高温高压技术和高压物性研究中比较通用的高压装置，并领导组建了国内第一个高压物理实验室。接着，中科院地质所在章元龙领导下也着手准备高压生长单晶金刚石所必需的高压条件。此后，地球物理所、地球化学所、力学所、中国科技大学、半导体所等单位结合各自专业，也相继开展了高压研究工作。上海硅酸盐所在并入章元龙领导的高压生长金刚石研究组后，也开始了高压研究工作。从 1958 年到 60 年代初，是中国高压物理研究的首创时期。这一时期，中国科学院的高压研究活动
