《晶体生长的物理基础》再版发行 序

祝世宁

闵乃本先生的专著《晶体生长的物理基础》再次出版了。该书首次出版是在1982年，由上海科技出版社出版，并于次年获全国科技图书一等奖。这次重新出版保持了原版的体系和特色，又补充了先生生前百忙之中对原书亲自做的仔细校订与补充，使得读者在使用该书时更方便。这次再版既满足了晶体界与材料界对一本高水平晶体生长教科书和参考书的期待，也了却先生生前为了呼应同行们的需求，将其修订出版的心愿。

闵先生一生追求科学，兴趣广泛，对诸多领域都有涉猎，但最成系统，最有影响的贡献涉及二个方面，一是以介电体超晶格为代表的微结构科学，二是有关晶体生长机制的理论。貌似相隔甚远的二个方向，先生的科研实践将其关联了起来。正是基于闵先生晶体生长理论与技术研制出的聚片多畴铌酸锂晶体，架起了二者之间的桥梁，这导致了上世纪80年代初南京大学利用该晶体实现了激光倍频增强实验，明确验证了由诺贝尔奖获得者Bloembergen等人1962年提出的非线性光学中的准相位匹配理论。80年代中期，闵先生在上述工作基础上提出了介电体超晶格的概念并组建团队发展出了光学超晶格、声学超晶格和离子型声子晶体三类微结构材料体系，这些工作早于国际上提出光子晶体、声子晶体和超构材料等，为国际上微结构功能材料研究的快速崛起做出了贡献，也奠定中国在这一领域的国际学术影响。这方面的系统工作曾获2006年度国家自然科学一等奖。

闵先生对晶体生长的研究其实比介电体超晶格更早。1959年闵先生大学毕业留校工作，在冯端先生带领下，他闯入了当时在国内尚是空白的晶体缺陷领域。他与同事一起设计了我国第一台电子轰击仪，成功地制备了难熔金属单晶体，获得国家科技产品二等奖。到1965年，他在晶体缺陷领域的研究水平已经进入国际前沿。20世纪70年代以后，半导体和激光技术的发展，使中国的科学家敏锐地觉察到人工晶体的重要性。闵先生转而开始了对激光与非线性光学晶体生长的研究。当时对晶体生长机理的系统理论不仅国内没有，国际上也没有建立，完全是一片尚未开发的处女地，先生便萌生了将自己平时的讲义完善成一本包含晶体生长系统理论的教科书和参考书。正如闵先生自己在本书初版的序言中所述，当时“这门学科国内尚无专著，在国外也找不到一本较为系统的参考书”，所以难度可想而知。闵先生正是靠着自己扎实的物理功底，超人的悟性以及多年的实践经验，系统地总结了不同条件下晶体生长规律，发展和完善了完整晶体、缺陷晶体的生长理论，完成了该书的写作。其实这已不是一般意义上的教科书，而是他自己十多年晶体生长的理解和研究成果的系统总结。1982年，41万字的专著《晶体生长的物理基础》问世，成为当时国际上第一本全面论述晶体生长的理论专著。尽管该书成书较早，但到目前为止，该书仍是有特色的阐述晶体生长物理和技术的不多的几本专著之一(其他专著如F．Rosenberger著Fundamentals of Crystal Growth，(Springer,1979)；A. Pimpinelli 和J. Villain 著Physics of Crystal Growth (Cambridge University Press, 1998); 以及Ivan V Markov 著Crystal Growth for Beginners (World Scientific, 1995))。 虽然上述犹他大学的Rosenberger教授(罗森伯格，美国晶体生长协会副主席)著的“Fundamentals of Crystal Growth” 出版于1979年，但由于历史的原因，先生是直到他专著完稿后才看此书的(当时罗森伯格也只完成了三卷中的第一卷)。有趣的是1982年到1984年，闵先生应罗森伯格教授的邀请去犹他大学做访问研究，罗森伯格在他的课堂上拿出先生的专著向学生介绍: “在晶体生长这一领域里，全世界可称为专著的只有两部书，一本的作者是我，另一本的作者是闵教授。现在我们同时出现在你们面前给你们讲课，你们是多么幸运啊!”。这段插曲已成为中美晶体生长界交流史上的一段佳话。《晶体生长的物理基础》在晶体研制大国日本也产生很大影响，著名晶体学家、东北大学教授砂川一郎在日本结晶成长学会志(Vol.10, No. 3-4, P.21)的书评中指出：“…该书内容新颖而且系统，包含了非常高深的内容，而且以一个完整的思路全面阐述了晶体生长学。例如，我们知道的有关成核、晶体生长机制、界面结构和形貌学等方面的理论和计算机模拟的结果都收集在该书中。通览一下该书主要参考书目的内容，也能知道无论在深度和广度上，作者对晶体生长的理解都是十分透彻的”。中国晶体学的奠基人之一钱临照先生专门为该书写了书评，称之为“国内第一本全面论述晶体生长的理论专著…，国际上在此领域也不多见”(见 “物理”14卷第7期)。作为一本广受欢迎的教材和参考书，这本书也确承担了相应的历史责任，培养了好几代中国材料物理和晶体生长工作者。

从上世纪七十年代开始，先生花了近十年时间才完成了《晶体生长的物理基础》一书，其中遇到的困难不计其数，在那特殊的历史时期，这过程犹如凤凰涅槃。八十年代开始，情况好转，闵先生的研究受到国际同行越来越多的关注。1982年到1984年，先生应罗森伯格教授之邀以访问学者的身份到美国犹他大学做合作研究，在此期间，他成功地解释了晶面热致粗糙化的难题，修正了晶体生长的“杰克逊”理论，并被誉为“近十年来晶体生长领域最好的研究成果”，他也因此获得美国犹他大学和黑格斯飞弹公司联合设立的“大力神”奖。八十年代闵先生晶体生长研究方面最重要的贡献是提出与建立了系统的晶体生长的缺陷机制理论。早在1949年晶体学家Frank提出了晶体生长的螺位错机制，在七八十年代，人们陆续观察到不仅是螺位错，刃位错、层错、孪晶等缺陷在晶体生长过程中都有作为生长台阶源的迹象，然而一直没有进行深刻的理论解释，闵先生基于缺陷引起的点阵畸变以及缺陷邻近原子组态的分析，将螺位错机制推广为包括刃位错、混合位错、层错、孪晶等在内的更为普遍的缺陷机制，给出了实际晶体生长的缺陷机制理论[J. Crystal Growth 128 (1993) 104-112; ibid. 115 (1991) 199-202; ibid., 87 (1988) 13-17; ibid., 91 (1988) 11-15]。根据这些机制，任何可以在晶体生长表面提供台阶源的缺陷都能为晶体生长做出贡献,这些台阶源包括完全台阶和不完全台阶(亚台阶)等，这一机制建立成为经典晶体生长理论近几十年来最重要的发展之一。 在不同的应用场合，先生提出的生长理论分别被称为“闵氏孪晶片理论” 、“亚台阶机制/理论”等，并被应用到了片状银盐制备、蛋白质晶体生长、纳米材料制备、驰豫铁电体制备、金刚石生长、光电功能晶体生长等广泛体系中。

非常遗憾的是，由于《晶体生长的物理基础》成书较早，上述先生1982年以后在晶体生长方面的诸多贡献还未来得及收录到这本书中。为了将晶体生长理论系统化，先生生前也曾着力筹划为本书增添几个章节，把最新的成果与进展收录进来。但东风无力管苍天，先生的这一夙愿最终还是没能实现。将《晶体生长的物理基础》以目前形式出版也是对先生的一种追思，先生开创的事业必将发扬光大，后继有人。

借此机会，我要感谢师母葛传珍老师，她对本次出版提出很多宝贵意见，并提供了珍贵的照片与资料，更重要的是她充分信任与支持。一辈子与先生的朝夕相处，患难与共甚至曾经的参与使得她对此书有特殊的理解与感情，这都感染了我们努力把事情做好！感谢朱永元和姚淑华两位老师，他们对书稿进行了详细的校验，提出了许多好建议。感谢先生的许多学生和同仁对这事的关注与鼓励，没有大家的理解和共同努力，这项任务是很难完成的。感谢编辑王楠雁女士和吴汀先生，你们不辞辛苦一遍又一遍与我们沟通，提供建设性方案，体现了专业水平和敬业精神。