本刊記者 季 委

人文的精神 科學的追求
——記重慶大學物理學院物理系教授、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實驗

科研，對于很多學者、教授來說，是一個艱辛而酸澀的詞。有人曾將科研比喻成一個無底洞，大量的時間和精力投入進去，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，但在他一個個科研成果的背后，艱辛和認真踏實可以想象得出來，永不止步的科學精神可以看得出來。

迷上高溫超導體

趙鏵的科研之路，得從大學時代談起。上世紀八十年代，趙鏵在四川師范大學物理系固體物理專業(yè)畢業(yè)后，取得理學學士學位，之后又在西南交通大學物理系理論物理專業(yè)完成碩士學業(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)于二維三角形點陣上XY模型的精確熱力學性質(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用國際會議上被《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，并開始仔細研究高溫超導的研究成果，希望能夠找到新的配對機理。碩士畢業(yè)后，1989年整個炎熱的夏天，他一個人泡在圖書館里如饑似渴地閱讀著大量關(guān)于高溫超導方面的文獻和理論，獲得了扎實的多體電子理論知識。從那時開始，趙鏵邁出了他未來長期致力凝聚態(tài)物理理論研究的堅實一步。

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議”，接著又前往意大利帕爾馬市（Parma）的意大利科學院MASPEC國家電磁材料研究所，從事關(guān)于高溫超導體的磁性測量和高溫超導微觀機理及強關(guān)聯(lián)體系的研究。

進入導電聚合物的王國

星轉(zhuǎn)斗移，一個新的領(lǐng)域引起了趙鏵的興趣：有機半導體的孤子導電理論。在復旦大學攻讀博士學位期間，趙鏵研究有機高分子的電子相互作用和電子關(guān)聯(lián)，計算出了一維共軛聚合物鏈π電子的對角和非對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論B（Phys.Rev.B）上，引起了學界較大的關(guān)注。1997年2月，他應邀參加在北京召開的“中韓合成金屬雙邊研討會”，做了關(guān)于共軛聚合物中非對角相互作用對激子態(tài)影響的口頭發(fā)言。第二年，趙鏵以學者身份，應邀到香港大學化學系訪問。訪問其間，他在自己的研究領(lǐng)域內(nèi)又有了新的突破，推導并建立了包含所有電子相互作用項的電子相互作用模型。該模型被用于計算了一維共軛高聚物鏈π電子體系的基態(tài)能量和電荷密度對外電場的響應。

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

這期間，趙鏵在自己的科研領(lǐng)域又前進了一小步。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））化為一個有效的單帶模型結(jié)構(gòu)，成功地計算了無限長PPV的能隙以及有限個PPV單元的分子最高占據(jù)軌道與最低空軌道（HOMO—LUNO）之間的能級間隔，計算結(jié)果與包含屏蔽庫侖勢(G W)的從頭計算方法所得結(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，他還研究計算了一個量子點在兩個超導體之間的電子輸運問題。但是，電子關(guān)聯(lián)問題一直是個令人關(guān)心的國際性難題，更沒有一個解析的公式可用來進行計算。這個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到重慶大學數(shù)理學院物理系任教授，并擔任凝聚態(tài)物理研究所所長。趙鏵將自己多年在國外的科研經(jīng)驗融入國內(nèi)的高校環(huán)境，在教學的同時，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。對于π電子相互作用體系，他首次導出一個計算電子間長程關(guān)聯(lián)能的理論公式，填補了國內(nèi)外在這方面的一個理論空白。據(jù)此公式，只要知道格點電荷密度和鍵電荷密度，就可以計算體系的長程關(guān)聯(lián)能，并將其成功應用于一維共軛π電子體系（如polyacetylene（PA）和PPV）。這個公式，避免了繁雜的數(shù)值計算(如DMRG)，對PA關(guān)聯(lián)能的計算結(jié)果與其它方法計算所得結(jié)果一致。2006年論文全文發(fā)表在國際權(quán)威歐洲物理評論Euro.Phys.J.B上。緊接著，趙鏵趁熱打鐵，又進一步考慮了非對角相互作用，推出一個完整的長程關(guān)聯(lián)能計算公式，并建立一個有效的長程關(guān)聯(lián)哈密頓量。該成果于2010年發(fā)表在國際超導和磁性物理期刊J. Supercond.& Novel Mag和IJMPB上。現(xiàn)在，他又正在進行同一格點上短程電子關(guān)聯(lián)（強電子關(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)能計算還沒有。所以，他又致力于建立有機共軛π電子體系的激發(fā)態(tài)電子關(guān)聯(lián)理論計算公式和有關(guān)方法，討論了激發(fā)態(tài)下的關(guān)聯(lián)能計算問題，并在2009年9月在日本北海道的Niseko參加《第八屆有機金屬、有機超導和有機鐵磁體國際研討會（ISCOM2009）》上進行了交流。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)對激子激發(fā)態(tài)的影響并進行了計算。2010年7月，趙鏵在日本京都舉行的《合成金屬科學和技術(shù)國際會議（ICSM2010）》上與國內(nèi)外專家進行了交流，成果將發(fā)表在美國物理評論（Phys.Rev.B）上。

除了有機導電高分子外，趙鏵對其他半導體材料也感興趣，比如，計算ZnO(氧化鋅)半導體薄膜的激子問題，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。目前又在進行二維晶格結(jié)構(gòu)如石墨烯和三維結(jié)構(gòu)如無機材料氧化鋅等半導體材料的關(guān)聯(lián)能理論計算，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)計物理、量子化學、高等量子力學、群論，同時為本科生固體物理、數(shù)學物理方法。他是個知識廣博全面的人，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”，向大學生深刻講解什么是科學、什么是人文，講解科學精神和人文精神對當代年輕人的重要性、講解宗教基本知識并編寫了教材《科學、人文與宗教文化》。

科學的魔力就像一塊磁石深深的吸引著趙鏵，為此他經(jīng)常在國際學術(shù)會議間奔走。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)學術(shù)會議多次。趙鏵在科學之路上，一步一個腳印，默默耕耘二十余載，永不倦?。?/p>

專家簡介：趙鏵，重慶大學物理學院（原為數(shù)理學院）物理系教授，研究生導師，凝聚態(tài)物理研究所所長，重慶市光譜學會秘書長。主要從事凝聚態(tài)物理理論和有機功能高分子的物理理論研究，曾在香港大學任訪問學者，并先后在韓國浦項科技大學、加拿大麥克馬斯特大學博士后和副研究員期間從事上述兩個領(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)理論學術(shù)研究論文二十余篇。