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上海科技功臣褚君浩:他给自己取名“小草”,却为“看不见的光”写下中国公式

褚君浩院士获2025年度上海市科技功臣奖。他专注红外研究五十余年,提出以中国科学家命名的CXT公式,奠定我国红外探测领先地位;开辟室温高灵敏探测器等新方向,并积极投身科普,引领更多人投身科研。

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    褚君浩院士被授予2025年度上海市科技功臣奖。(文汇报记者袁婧 摄)

    天气预报越来越准,这背后,离不开越来越清晰的卫星云图。谁在拍下这些云图?答案是太空中不眠不休的眼睛——红外探测器。我国风云系列气象卫星之所以能拥有国际一流的“视力”,其科学根基,源自一个以中国科学家姓氏命名的公式:CXT。其中的“C”,就是中国科学院院士、中科院上海技术物理研究所研究员褚君浩(Chu)。

    过去半个多世纪,褚君浩一直在追问人眼看不到的光——红外线。正是这份执着,引领我国红外探测从“跟跑”迈向“并跑”,再到部分领域的“领跑”。今天(7月2日),褚君浩获颁2025年度上海市科技功臣奖,对这位“追光者”而言,这是一份恰如其分的致敬。

    拓展“看见”的边界

    任何有温度的物体,都在不断向外发射红外线。谁能更深入地破解红外线的奥秘,谁就能将视野拓展到更多特殊场景——比如太空。

    地球云层如何变化?月球和火星表面由什么物质构成?这些问题的答案,都能借助红外探测器来解码。如果把风云卫星、嫦娥探月、天问探火等大国重器上搭载的红外探测器比作眼睛,那么相当于“视网膜感光细胞”的红外光电材料,其诞生就离不开褚君浩的突出贡献。

    1978年,33岁的褚君浩考入中科院上海技术物理研究所,师从我国红外学科奠基人汤定元。汤先生交给他的第一个任务,就是解一道世界级难题:检测一种新型红外感光材料——碲镉汞的物理指标。

    如今,碲镉汞已被公认为“红外材料之王”。但在当时,它的许多物理特性仍是未知数,更谈不上应用。为了找到它响应红外线的规律,褚君浩需要把极其易碎的碲镉汞磨到极薄,以创造实验条件。他从一次次失败中摸索方法,打磨了几百片材料、做了几千次实验,最终得到了仅几个微米厚的样品。通过大量红外光谱测量,他绘制出世界上最完整的碲镉汞本征吸收图谱,并最终归纳为一个漂亮的公式——以褚君浩(C)、徐世秋(X)、汤定元(T)三位中国科学家姓氏首字母命名的CXT公式。

    彼时,国内高性能红外器件的制备受制于人。着眼于这一重大需求,褚君浩继续开拓,带领团队形成了一批重要发现。他们总结出的19条相关物理规律,全部被写入国际权威科学手册,成为碲镉汞研究的“金标准”。他撰写的《窄禁带半导体物理学》(中英文),是世界上该领域的第一部专著,被26个国家的近200家机构引用。知名材料物理学家、美国斯坦福大学教授艾登·舍尔评价说,褚君浩团队不仅赶上了世界,在某些领域甚至处于领先地位。


    数十年来,褚君浩率领团队持续研发新型红外探测材料和器件。(文汇报记者袁婧 摄)

    在一步步构建起窄禁带半导体物理学体系、不断缩小中外在红外器件方面的差距后,褚君浩将目光投向了更前沿的科研“无人区”。他发现,碲镉汞性能虽然出众,但依赖-200℃左右的极端低温环境,且能响应的红外波段极其有限。为了补上这两大短板,他开辟了全新的方向,研制出可在室温下工作的高灵敏红外探测器,使其成为人类在太空测量地球辐射收支、应对气候变化的利器。他还牵头发现了“电磁诱导势阱”效应,这一效应被国际学界列入七大主要光电效应之一,将红外探测范围从波长十几微米一举拓展到一千微米。

    采访当天,褚君浩在实验室兴致勃勃地向记者演示了一款能“隔空看物”的新器件——屏幕上,藏在一个信封里的钥匙,轮廓清晰可见。据他介绍,这是一种安全无辐射的透视技术,未来可用于机场安检、诊所摄片等场景。

    一辈子做好“一件事”

    技物所多位骨干研究员,同时也是褚君浩几十年的学生,在谈到老师的治学之道时,不约而同地提到了“坚守”。他们说,凝聚态物理的热点每隔几年就会换一换,但老师却能五十年如一日“追光”,一生只做一件事。

    “一件事”并非守着一块材料或一项研究。50多年来,褚君浩始终围绕红外光电的核心问题,不断向深处走,不断逼近本质规律。这背后,离不开学风的传承。如今,褚君浩依然清晰地记得两位导师——汤定元,以及我国半导体物理学奠基人黄昆——的教诲:做研究,“要把文献看透”,“把问题搞得非常清楚”。这种对“深”和“透”的追求,塑造了褚君浩,也影响了他后来带出的学生。

    谈到执着坚守背后的驱动力,褚君浩的回答出人意料地朴素:成就感。

    采访中,他不止一次提起一个故事:国外有一篇高水平论文,引用了普朗克常数、玻尔兹曼常数、光速等4个物理学重要参数,而他们团队的碲镉汞吸收系数也位列其中。说到自己的名字在该文中与普朗克、玻尔兹曼等大物理学家并列,这位白发院士依然满是少年意气。


    褚君浩(左二)和团队与学生在一起。(文汇报记者袁婧 摄)

    不过,褚君浩的成就感,远不止于个人成功。高中阶段,他在阅读物理教材时发现,居然没有一条物理定律是以中国人名字命名的。他当即在笔记本上写道:“对一个具有民族气节的人来说……我们要争口气。”从那时起,立功立业的成就感与振兴国家的责任感,就成了少年梦想的两面,催促着他一生向前。

    大学毕业后,褚君浩曾在中学担任物理老师。1978年研究生制度恢复,他以优异成绩考入技物所。成为科研“正规军”后,诱惑接踵而来。有美国大学给他提供每年2万美元的奖学金,相当于国内收入的百倍,但为了避免出国导致科研方向改变,他选择留在上海。此后,他赴德国工作两年多,面对留任机会,他再次选择回国。再往后,随着科研成就的积累,高薪邀约不断,但难舍实验室的他,一次次谢绝了。

    回顾自己的研究生涯,褚君浩曾总结道,科研带给自己的成就感和内心的责任感并不矛盾:“把个人的成长跟国家需求结合起来,你会感到心旷神怡,看到广阔的天地。”

    带领更多人“追光”

    身为红外物理学家,褚君浩并不回避自己当过中学老师。他坦言,十年讲台让他练就了一项至今受用的本领:“能把复杂的事情讲清楚。”这也让他能在另一个重要舞台上,带领更多人“追光”——那就是科普。

    作为广受公众欢迎的科普达人,褚君浩做过300多场科普报告,主编科普书30多本,还在B站、抖音等视频平台上开设了个人账号,一些热门视频的累计浏览量达数千万次。

    身为院士,褚君浩做科普颇有“有教无类”的气度,甚至会精心准备去给幼儿园的孩子们讲课。他说,考虑到小朋友看不懂PPT,他会专门设计一连串环环相扣的问题,最后孩子们齐呼:“我们长大要当科学家!”回忆起这个场景,褚君浩脸上的自豪感,丝毫不亚于自己的学术报告赢得满堂掌声。


    褚君浩如今依然经常活跃在实验室。(文汇报记者袁婧 摄)

    放下身段讲科学,这份“接地气”是褚君浩一生的缩影。大学时代,他曾取笔名“坦牛”,暗藏“爱因斯坦+牛顿”的志气。如今,他在微信和新书里自称“小草”,原因是推崇小草那股根植大地的坚韧和生命力。从“坦牛”到“小草”,两个名字之间,是一位科学家50年不变的信念:志向可以指向远方,但功夫必须落在脚下。

    如今,81岁的褚君浩依然经常出现在办公室。追光半世纪,他仍想和年轻人一道,在前沿领域求解下一个问题。而在科普这个舞台上,他也希望通过让更多人关注科学、投身科研,为国家夯实最基础的创新土壤。

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