人文的精神 科学的追求——记重庆大学物理学院物理系教授、凝聚态物理研究所所长赵铧

本刊记者 季 委

人文的精神 科学的追求
——记重庆大学物理学院物理系教授、凝聚态物理研究所所长赵铧

本刊记者 季 委

1989年在意大利做高温超导实验

科研，对于很多学者、教授来说，是一个艰辛而酸涩的词。有人曾将科研比喻成一个无底洞，大量的时间和精力投入进去，得到的仅是昙花一现的惊喜，而在这唯一的惊喜之前，却是默默无闻的探索耕耘。搞科学研究尤其是物理理论研究总是与寂寞为伴，并总在不断地挑战、创新和超越。赵铧，就是这样一个挑战者、创新者和超越者。尽管他从未提及科研路上走过的曲折，但在他一个个科研成果的背后，艰辛和认真踏实可以想象得出来，永不止步的科学精神可以看得出来。

迷上高温超导体

赵铧的科研之路，得从大学时代谈起。上世纪八十年代，赵铧在四川师范大学物理系固体物理专业毕业后，取得理学学士学位，之后又在西南交通大学物理系理论物理专业完成硕士学业。赵铧很早便显示出了在科研领域的天赋，他写过的一篇关于二维三角形点阵上XY模型的精确热力学性质及KT相变的文章，于1988年7月在第二届巴黎磁性理论磁性材料及其应用国际会议上被《J.de.Physique》接受并发表。

1986年柏诺兹（Bednorz）和缪勒（Mueller）发现了高温超导体。还在读物理硕士的赵铧很快便被这新鲜之物吸引了，并开始仔细研究高温超导的研究成果，希望能够找到新的配对机理。硕士毕业后，1989年整个炎热的夏天，他一个人泡在图书馆里如饥似渴地阅读着大量关于高温超导方面的文献和理论，获得了扎实的多体电子理论知识。从那时开始，赵铧迈出了他未来长期致力凝聚态物理理论研究的坚实一步。

1989年9月，赵铧专程前往意大利，参加位于北方海岸城市雷米尼（Remini）召开的“欧洲材料研究国际会议”，接着又前往意大利帕尔马市（Parma）的意大利科学院MASPEC国家电磁材料研究所，从事关于高温超导体的磁性测量和高温超导微观机理及强关联体系的研究。

进入导电聚合物的王国

星转斗移，一个新的领域引起了赵铧的兴趣：有机半导体的孤子导电理论。在复旦大学攻读博士学位期间，赵铧研究有机高分子的电子相互作用和电子关联，计算出了一维共轭聚合物链π电子的对角和非对角相互作用下的激子束缚能，该结果发表在1997年国际著名杂志美国物理评论B（Phys.Rev.B）上，引起了学界较大的关注。1997年2月，他应邀参加在北京召开的“中韩合成金属双边研讨会”，做了关于共轭聚合物中非对角相互作用对激子态影响的口头发言。第二年，赵铧以学者身份，应邀到香港大学化学系访问。访问其间，他在自己的研究领域内又有了新的突破，推导并建立了包含所有电子相互作用项的电子相互作用模型。该模型被用于计算了一维共轭高聚物链π电子体系的基态能量和电荷密度对外电场的响应。

对于赵铧而言，这显然只是一个好的开始。香港访问结束后，他很快又转战韩国浦项（Pohang）科技大学化学系和超功能材料中心做博士后，进行有机电子体系的理论研究。1999年12月底赵铧离开韩国，不到一个月，几乎马不停蹄，又前往加拿大麦克玛斯特（McMaster）大学天体与物理系做博士后，从事纳米半导体电子结构理论研究，后在电子工程系做副研究员从事半导体理论研究。

这期间，赵铧在自己的科研领域又前进了一小步。他首次借用重整化方法将多带一维共轭聚合物分子链（polyphenylenevinylene（PPV））化为一个有效的单带模型结构，成功地计算了无限长PPV的能隙以及有限个PPV单元的分子最高占据轨道与最低空轨道（HOMO—LUNO）之间的能级间隔，计算结果与包含屏蔽库仑势(G W)的从头计算方法所得结果一致。2001年该研究全文发表在英国物理期刊的凝聚态物理专刊上。同时，他还研究计算了一个量子点在两个超导体之间的电子输运问题。但是，电子关联问题一直是个令人关心的国际性难题，更没有一个解析的公式可用来进行计算。这个问题一直萦绕在他的心头。

电子关联理论的研究成果

2003年底，旅居国外多年的赵铧回归祖国，并被作为回国人才引进到重庆大学数理学院物理系任教授，并担任凝聚态物理研究所所长。赵铧将自己多年在国外的科研经验融入国内的高校环境，在教学的同时，继续着自己多年的研究课题：电子关联理论。很快，便取得新的突破。对于π电子相互作用体系，他首次导出一个计算电子间长程关联能的理论公式，填补了国内外在这方面的一个理论空白。据此公式，只要知道格点电荷密度和键电荷密度，就可以计算体系的长程关联能，并将其成功应用于一维共轭π电子体系（如polyacetylene（PA）和PPV）。这个公式，避免了繁杂的数值计算(如DMRG)，对PA关联能的计算结果与其它方法计算所得结果一致。2006年论文全文发表在国际权威欧洲物理评论Euro.Phys.J.B上。紧接着，赵铧趁热打铁，又进一步考虑了非对角相互作用，推出一个完整的长程关联能计算公式，并建立一个有效的长程关联哈密顿量。该成果于2010年发表在国际超导和磁性物理期刊J. Supercond.& Novel Mag和IJMPB上。现在，他又正在进行同一格点上短程电子关联（强电子关联）的理论研究，已有初步的结果。

通常而言，很多物理问题都涉及到体系的激发态，比如，激子和极化子问题。赵铧心里清楚，激发态情况下的关联能计算还没有。所以，他又致力于建立有机共轭π电子体系的激发态电子关联理论计算公式和有关方法，讨论了激发态下的关联能计算问题，并在2009年9月在日本北海道的Niseko参加《第八届有机金属、有机超导和有机铁磁体国际研讨会（ISCOM2009）》上进行了交流。该理论发表在国际物理期刊Physica B（2010）上。紧接着，他又研究讨论了长程电子关联对激子激发态的影响并进行了计算。2010年7月，赵铧在日本京都举行的《合成金属科学和技术国际会议（ICSM2010）》上与国内外专家进行了交流，成果将发表在美国物理评论（Phys.Rev.B）上。

除了有机导电高分子外，赵铧对其他半导体材料也感兴趣，比如，计算ZnO(氧化锌)半导体薄膜的激子问题，以及ZnO材料在掺杂下的光电性质,分别发表在2007年和2009年国际物理期刊IJMPB上和J.Appl.Phys.上。目前又在进行二维晶格结构如石墨烯和三维结构如无机材料氧化锌等半导体材料的关联能理论计算，研究它们可能的奇特的光电磁性能，以及探究新型光伏材料的物理背景。

自2003年底回国以来，赵铧已培养凝聚态物理研究生十多人。回国后，他发现西南地区，凝聚态物理学科是薄弱环节，分不清固体物理和凝聚态物理的区别，更没有凝聚态物理这门课程，于是他自己编写《凝聚态物理理论基础》教材，给研究生开设这门课。除了给研究生上有机高分子中孤子和极化子理论凝聚态物理课程外，他还为研究生讲授量子统计物理、量子化学、高等量子力学、群论，同时为本科生固体物理、数学物理方法。他是个知识广博全面的人，除了物理研究，他还开设了全校素质教育课“人文与天地自然”，向大学生深刻讲解什么是科学、什么是人文，讲解科学精神和人文精神对当代年轻人的重要性、讲解宗教基本知识并编写了教材《科学、人文与宗教文化》。

科学的魔力就像一块磁石深深的吸引着赵铧，为此他经常在国际学术会议间奔走。从1988年至今已分别在法国、意大利、美国、加拿大、香港、日本和北京出席国际、国内学术会议多次。赵铧在科学之路上，一步一个脚印，默默耕耘二十余载，永不倦怠！

专家简介：赵铧，重庆大学物理学院（原为数理学院）物理系教授，研究生导师，凝聚态物理研究所所长，重庆市光谱学会秘书长。主要从事凝聚态物理理论和有机功能高分子的物理理论研究，曾在香港大学任访问学者，并先后在韩国浦项科技大学、加拿大麦克马斯特大学博士后和副研究员期间从事上述两个领域的研究。目前已在国外权威物理期刊上发表凝聚态理论学术研究论文二十余篇。