人文的精神 科學(xué)的追求
——記重慶大學(xué)物理學(xué)院物理系教授、凝聚態(tài)物理研究所所長趙鏵

本刊記者 季 委

人文的精神 科學(xué)的追求
——記重慶大學(xué)物理學(xué)院物理系教授、凝聚態(tài)物理研究所所長趙鏵

本刊記者 季 委

1989年在意大利做高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

科研，對(duì)于很多學(xué)者、教授來說，是一個(gè)艱辛而酸澀的詞。有人曾將科研比喻成一個(gè)無底洞，大量的時(shí)間和精力投入進(jìn)去，得到的僅是曇花一現(xiàn)的驚喜，而在這唯一的驚喜之前，卻是默默無聞的探索耕耘。搞科學(xué)研究尤其是物理理論研究總是與寂寞為伴，并總在不斷地挑戰(zhàn)、創(chuàng)新和超越。趙鏵，就是這樣一個(gè)挑戰(zhàn)者、創(chuàng)新者和超越者。盡管他從未提及科研路上走過的曲折，但在他一個(gè)個(gè)科研成果的背后，艱辛和認(rèn)真踏實(shí)可以想象得出來，永不止步的科學(xué)精神可以看得出來。

迷上高溫超導(dǎo)體

趙鏵的科研之路，得從大學(xué)時(shí)代談起。上世紀(jì)八十年代，趙鏵在四川師范大學(xué)物理系固體物理專業(yè)畢業(yè)后，取得理學(xué)學(xué)士學(xué)位，之后又在西南交通大學(xué)物理系理論物理專業(yè)完成碩士學(xué)業(yè)。趙鏵很早便顯示出了在科研領(lǐng)域的天賦，他寫過的一篇關(guān)于二維三角形點(diǎn)陣上XY模型的精確熱力學(xué)性質(zhì)及KT相變的文章，于1988年7月在第二屆巴黎磁性理論磁性材料及其應(yīng)用國際會(huì)議上被《J.de.Physique》接受并發(fā)表。

1986年柏諾茲（Bednorz）和繆勒（Mueller）發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體。還在讀物理碩士的趙鏵很快便被這新鮮之物吸引了，并開始仔細(xì)研究高溫超導(dǎo)的研究成果，希望能夠找到新的配對(duì)機(jī)理。碩士畢業(yè)后，1989年整個(gè)炎熱的夏天，他一個(gè)人泡在圖書館里如饑似渴地閱讀著大量關(guān)于高溫超導(dǎo)方面的文獻(xiàn)和理論，獲得了扎實(shí)的多體電子理論知識(shí)。從那時(shí)開始，趙鏵邁出了他未來長期致力凝聚態(tài)物理理論研究的堅(jiān)實(shí)一步。

1989年9月，趙鏵專程前往意大利，參加位于北方海岸城市雷米尼（Remini）召開的“歐洲材料研究國際會(huì)議”，接著又前往意大利帕爾馬市（Parma）的意大利科學(xué)院MASPEC國家電磁材料研究所，從事關(guān)于高溫超導(dǎo)體的磁性測量和高溫超導(dǎo)微觀機(jī)理及強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的研究。

進(jìn)入導(dǎo)電聚合物的王國

星轉(zhuǎn)斗移，一個(gè)新的領(lǐng)域引起了趙鏵的興趣：有機(jī)半導(dǎo)體的孤子導(dǎo)電理論。在復(fù)旦大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間，趙鏵研究有機(jī)高分子的電子相互作用和電子關(guān)聯(lián)，計(jì)算出了一維共軛聚合物鏈π電子的對(duì)角和非對(duì)角相互作用下的激子束縛能，該結(jié)果發(fā)表在1997年國際著名雜志美國物理評(píng)論B（Phys.Rev.B）上，引起了學(xué)界較大的關(guān)注。1997年2月，他應(yīng)邀參加在北京召開的“中韓合成金屬雙邊研討會(huì)”，做了關(guān)于共軛聚合物中非對(duì)角相互作用對(duì)激子態(tài)影響的口頭發(fā)言。第二年，趙鏵以學(xué)者身份，應(yīng)邀到香港大學(xué)化學(xué)系訪問。訪問其間，他在自己的研究領(lǐng)域內(nèi)又有了新的突破，推導(dǎo)并建立了包含所有電子相互作用項(xiàng)的電子相互作用模型。該模型被用于計(jì)算了一維共軛高聚物鏈π電子體系的基態(tài)能量和電荷密度對(duì)外電場的響應(yīng)。

對(duì)于趙鏵而言，這顯然只是一個(gè)好的開始。香港訪問結(jié)束后，他很快又轉(zhuǎn)戰(zhàn)韓國浦項(xiàng)（Pohang）科技大學(xué)化學(xué)系和超功能材料中心做博士后，進(jìn)行有機(jī)電子體系的理論研究。1999年12月底趙鏵離開韓國，不到一個(gè)月，幾乎馬不停蹄，又前往加拿大麥克瑪斯特（McMaster）大學(xué)天體與物理系做博士后，從事納米半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)理論研究，后在電子工程系做副研究員從事半導(dǎo)體理論研究。

這期間，趙鏵在自己的科研領(lǐng)域又前進(jìn)了一小步。他首次借用重整化方法將多帶一維共軛聚合物分子鏈（polyphenylenevinylene（PPV））化為一個(gè)有效的單帶模型結(jié)構(gòu)，成功地計(jì)算了無限長PPV的能隙以及有限個(gè)PPV單元的分子最高占據(jù)軌道與最低空軌道（HOMO—LUNO）之間的能級(jí)間隔，計(jì)算結(jié)果與包含屏蔽庫侖勢(G W)的從頭計(jì)算方法所得結(jié)果一致。2001年該研究全文發(fā)表在英國物理期刊的凝聚態(tài)物理專刊上。同時(shí)，他還研究計(jì)算了一個(gè)量子點(diǎn)在兩個(gè)超導(dǎo)體之間的電子輸運(yùn)問題。但是，電子關(guān)聯(lián)問題一直是個(gè)令人關(guān)心的國際性難題，更沒有一個(gè)解析的公式可用來進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)問題一直縈繞在他的心頭。

電子關(guān)聯(lián)理論的研究成果

2003年底，旅居國外多年的趙鏵回歸祖國，并被作為回國人才引進(jìn)到重慶大學(xué)數(shù)理學(xué)院物理系任教授，并擔(dān)任凝聚態(tài)物理研究所所長。趙鏵將自己多年在國外的科研經(jīng)驗(yàn)融入國內(nèi)的高校環(huán)境，在教學(xué)的同時(shí)，繼續(xù)著自己多年的研究課題：電子關(guān)聯(lián)理論。很快，便取得新的突破。對(duì)于π電子相互作用體系，他首次導(dǎo)出一個(gè)計(jì)算電子間長程關(guān)聯(lián)能的理論公式，填補(bǔ)了國內(nèi)外在這方面的一個(gè)理論空白。據(jù)此公式，只要知道格點(diǎn)電荷密度和鍵電荷密度，就可以計(jì)算體系的長程關(guān)聯(lián)能，并將其成功應(yīng)用于一維共軛π電子體系（如polyacetylene（PA）和PPV）。這個(gè)公式，避免了繁雜的數(shù)值計(jì)算(如DMRG)，對(duì)PA關(guān)聯(lián)能的計(jì)算結(jié)果與其它方法計(jì)算所得結(jié)果一致。2006年論文全文發(fā)表在國際權(quán)威歐洲物理評(píng)論Euro.Phys.J.B上。緊接著，趙鏵趁熱打鐵，又進(jìn)一步考慮了非對(duì)角相互作用，推出一個(gè)完整的長程關(guān)聯(lián)能計(jì)算公式，并建立一個(gè)有效的長程關(guān)聯(lián)哈密頓量。該成果于2010年發(fā)表在國際超導(dǎo)和磁性物理期刊J. Supercond.& Novel Mag和IJMPB上。現(xiàn)在，他又正在進(jìn)行同一格點(diǎn)上短程電子關(guān)聯(lián)（強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)）的理論研究，已有初步的結(jié)果。

通常而言，很多物理問題都涉及到體系的激發(fā)態(tài)，比如，激子和極化子問題。趙鏵心里清楚，激發(fā)態(tài)情況下的關(guān)聯(lián)能計(jì)算還沒有。所以，他又致力于建立有機(jī)共軛π電子體系的激發(fā)態(tài)電子關(guān)聯(lián)理論計(jì)算公式和有關(guān)方法，討論了激發(fā)態(tài)下的關(guān)聯(lián)能計(jì)算問題，并在2009年9月在日本北海道的Niseko參加《第八屆有機(jī)金屬、有機(jī)超導(dǎo)和有機(jī)鐵磁體國際研討會(huì)（ISCOM2009）》上進(jìn)行了交流。該理論發(fā)表在國際物理期刊Physica B（2010）上。緊接著，他又研究討論了長程電子關(guān)聯(lián)對(duì)激子激發(fā)態(tài)的影響并進(jìn)行了計(jì)算。2010年7月，趙鏵在日本京都舉行的《合成金屬科學(xué)和技術(shù)國際會(huì)議（ICSM2010）》上與國內(nèi)外專家進(jìn)行了交流，成果將發(fā)表在美國物理評(píng)論（Phys.Rev.B）上。

除了有機(jī)導(dǎo)電高分子外，趙鏵對(duì)其他半導(dǎo)體材料也感興趣，比如，計(jì)算ZnO(氧化鋅)半導(dǎo)體薄膜的激子問題，以及ZnO材料在摻雜下的光電性質(zhì),分別發(fā)表在2007年和2009年國際物理期刊IJMPB上和J.Appl.Phys.上。目前又在進(jìn)行二維晶格結(jié)構(gòu)如石墨烯和三維結(jié)構(gòu)如無機(jī)材料氧化鋅等半導(dǎo)體材料的關(guān)聯(lián)能理論計(jì)算，研究它們可能的奇特的光電磁性能，以及探究新型光伏材料的物理背景。

自2003年底回國以來，趙鏵已培養(yǎng)凝聚態(tài)物理研究生十多人。回國后，他發(fā)現(xiàn)西南地區(qū)，凝聚態(tài)物理學(xué)科是薄弱環(huán)節(jié)，分不清固體物理和凝聚態(tài)物理的區(qū)別，更沒有凝聚態(tài)物理這門課程，于是他自己編寫《凝聚態(tài)物理理論基礎(chǔ)》教材，給研究生開設(shè)這門課。除了給研究生上有機(jī)高分子中孤子和極化子理論凝聚態(tài)物理課程外，他還為研究生講授量子統(tǒng)計(jì)物理、量子化學(xué)、高等量子力學(xué)、群論，同時(shí)為本科生固體物理、數(shù)學(xué)物理方法。他是個(gè)知識(shí)廣博全面的人，除了物理研究，他還開設(shè)了全校素質(zhì)教育課“人文與天地自然”，向大學(xué)生深刻講解什么是科學(xué)、什么是人文，講解科學(xué)精神和人文精神對(duì)當(dāng)代年輕人的重要性、講解宗教基本知識(shí)并編寫了教材《科學(xué)、人文與宗教文化》。

科學(xué)的魔力就像一塊磁石深深的吸引著趙鏵，為此他經(jīng)常在國際學(xué)術(shù)會(huì)議間奔走。從1988年至今已分別在法國、意大利、美國、加拿大、香港、日本和北京出席國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議多次。趙鏵在科學(xué)之路上，一步一個(gè)腳印，默默耕耘二十余載，永不倦怠！

專家簡介：趙鏵，重慶大學(xué)物理學(xué)院（原為數(shù)理學(xué)院）物理系教授，研究生導(dǎo)師，凝聚態(tài)物理研究所所長，重慶市光譜學(xué)會(huì)秘書長。主要從事凝聚態(tài)物理理論和有機(jī)功能高分子的物理理論研究，曾在香港大學(xué)任訪問學(xué)者，并先后在韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)、加拿大麥克馬斯特大學(xué)博士后和副研究員期間從事上述兩個(gè)領(lǐng)域的研究。目前已在國外權(quán)威物理期刊上發(fā)表凝聚態(tài)理論學(xué)術(shù)研究論文二十余篇。