血液中流淌着艺术的物理大师

作者: 赵建华

来源: 返朴

发布日期: 2020-12-28 07:50:00

本文讲述了Stephan von Molnár教授的一生,他是一位在艺术和科学之间徜徉的物理大师,对磁性半导体研究做出了开拓性贡献。文章详细描述了他的生平、学术成就以及与中国科学家的合作经历,展现了他对科学和艺术的热爱以及对中国的深厚感情。

在凝聚态物理及至量子材料的悠悠发展长河中,磁学和磁性材料占据了重要地位。海森堡的量子磁性理论和外斯的分子场理论,算是凝聚态物理和量子材料的经典内涵。而自旋电子学更是将量子物理运用到近乎极致,所以才有 GMR、spin - torque、磁性半导体、自旋流、反常霍尔效应等唯美而堪用的效应和功能。在这一长河中,一批一批人中龙凤、理中翘楚荡漾其中,成为风景。

当然,当风景侧过,回首远望那些消失和正在消失的背影,不舍、记忆与流连都成为写者和读者生活的一部分。中国科学院半导体研究所的赵建华教授,与这其中的一位长者、美国佛罗里达州立大学物理系的 Stephan von Molnár 教授,有多年学术上的联系及私人友谊的累积。赵老师应编辑之邀,笔下隽永,成得此文。编者在此谨向赵老师表示谢意。

说起磁性半导体研究先驱,业内人士可能会想到日本东北大学现任校长 Hideo Ohno 教授。殊不知,Stephan von Molnár 教授是他上个世纪八十年代在美国 IBM 公司进行磁性半导体研究的引路人。

Stephan 一生充满传奇色彩:他出生在一个有着高贵艺术血统的家庭,儿童时辗转躲避纳粹的迫害成为小移民,青少年时期经常活跃在观众欢呼的戏剧舞台上,博士毕业后成为 IBM Watson 研究中心出色的资深研究员和高管,最后归宿佛罗里达州立大学物理系。Stephan 是一位徜徉在艺术和科学之间的物理大师。他无论到了哪里,哪里的情绪就会被他骨子里洋溢出的艺术激情感染而高涨。

如今,Stephan 的生命帷幕终于落下,这一天定格在 2020 年 11 月 17 日。

Stephan 1935 年出生在德国东部的莱比锡,一个艺术与科学相结合的家族。外公是科学读物的出版商,外婆是个很有影响的艺术家,妈妈是著名歌剧演员,在钢琴演奏上也很有造诣。1938 年臭名昭著的“水晶之夜”发生时,Stephan 才 3 岁。不幸的是,他妈妈是犹太人,而莱比锡是纳粹导演这幕惨剧的发源地。

为活命,妈妈直接逃到美国,Stephan 和哥哥则躲在德国乡下一个修道院里苟且地生活。二战结束后,可能是家庭艺术基因的使然,他迷上了表演,成了当地有名的小童星。1947 年,12 岁的他移民到美国,与妈妈一起生活在纽约。

他很快被百老汇的演出世界所吸引,一边上学,一边演戏,这在保留下来的剧照和缅因 Masque 剧院 1959 年 Stephan 主演的《All My Sons》与《Damn Yankees》等演职员表中得到了明证。

意大利物理学家 Volta 发现半导体后长达 160 年的时间里,人们一直认为半导体与磁性材料就像两条并行的铁轨,不可能有交集。

然而,铕 (Eu) 的硫化物既具有磁性又具有半导体性质,打破了物理学界固有的观念。这方面开拓性的工作是由集艺术与物理于一身的 Stephan 完成的,这是天意,还是巧合?Stephan 可能不自觉地把在表演中大胆的想象力与对角色细致入微的理解融汇贯通到他的科研工作中,结果在深入研究磁性半导体过程中的好戏一幕接着一幕。

我 2000 年步入半导体自旋电子学领域时就拜读过 Stephan 关于磁性半导体的文章,久仰其大名,2007 年在夏威夷召开的第四届自旋电子学与量子信息技术国际学术会议 (Spintech IV) 上第一次认识他。

那时候,半导体自旋电子学研究方兴未艾,许多学术名家,像 Robert Buhrman、Stuart Wolf、David Awschalom、Hideo Ohno、Tomasz Dietl 以及 Emmanuel Rashba 夫妇等都参加了会议。

Stephan 和熊老师正在寻找能够生长 Fe/AlGaAs:Si 异质结构的研究组,想使用半导体 AlGaAs 作为自旋输运沟道,结合光照调控掺杂 Si 的 AlGaAs 中电子密度,在同一个样品上进行大范围载流子浓度下的自旋动力学研究,以避免更换样品带来的误差,精准建立载流子浓度和自旋寿命之间的定量关系。

这是一个非常巧妙、很有创意的想法,那时我回国改造的双生长室分子束外延 (MBE) 系统刚好可以制备满足他们要求的样品。

这几年我经常在 March Meeting 或者 MMM 会议上看到 Stephan 的身影。2010 年我去华盛顿参加 MMM - Intermag 联会议,顺访了佛罗里达州立大学,并有幸到 Stephan 家中做客。

当时他指着家中挂满朋友们照片的一面墙对我说,希望把我的照片也挂上去。Stephan 对中国有着特殊的感情,多次在邮件表达他想再来中国看看的愿望。2015 年,永庆、熊老师和我曾计划安排他重访中国,并在北京举办一个自旋电子学方面的研讨会,以这种特殊的方式祝贺他 80 岁的生日,Awschalom、Ohno、Dietl 等他的一些老朋友都制定日程来参加。

但遗憾他夫人 Jean 查出身体患了癌症,未能成行。他和 Jean 于 1955 年结婚,感情甚笃,但这些都没能挽留住 Jean。2015 年 7 月,陪伴他 60 年的 Jean 先他而走。Jean 的离世对 Stephan 的打击很大,身体每况愈下,我们不敢贸然安排他跨越太平洋的长途旅行。

最后一次见到他是 2016 年在新奥尔良召开的 MMM 会议上,那时他不仅需要拐杖协助走路,还带着一个自助轮椅。但是他仍然勉力和认真地听报告,尤其是他和熊老师学生的报告。2018 年夏天来访的熊老师带给我 Stephan 的一封信,结尾写着:“I still have fading hopes of returning to China for a visit”,我看得心酸酸的。

西方的作家为打动观众往往将戏剧结尾写成悲剧,我实在不忍 Stephan 成为希望破灭的主人公。其实何止 Stephan,这个剧本中的主角还有我,彼岸那怀着希翼关怀我的眼神一天天暗淡下来,我们却无力拽住天空划过的那颗流星。我相信剧本痛楚的主角还有熊老师、他的学生以及所有和他深度相处过的人……

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