雷嘯霖(1938年11月27日—),出生于廣西桂林。物理學(xué)家。1997年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。1986年加入九三學(xué)社。
童年時(shí)代的雷嘯霖親眼目睹了舊中國的貧窮落后和日本帝國主義的侵略。國土的淪喪迫使他跟著父母顛沛流離到山區(qū)農(nóng)村,他幼小的心靈中埋下了對侵略者仇恨的種子,同時(shí)萌發(fā)了科學(xué)救國的思想。由于父母的教誨和引導(dǎo),雷嘯霖自幼受到傳統(tǒng)文化的熏陶,使他對自然科學(xué)產(chǎn)生了強(qiáng)烈興趣,甚至到了如癡如醉的境地。從少年到青年,他一直把愛迪生、牛頓和愛因斯坦作為自己的偶像。
雷嘯霖對科學(xué)的愛好是從飼養(yǎng)小動物開始的。從小學(xué)二年級起他養(yǎng)過多種小動物。他特別喜歡養(yǎng)鴿子,天天細(xì)心觀察鴿子繁殖、孵化和生長的過程,并逐一詳細(xì)記錄在實(shí)驗(yàn)本上。進(jìn)入中學(xué)以后他變成一個(gè)小小化學(xué)家:在家中自己的房間里擺滿了試管、燒杯和裝有酸堿試劑的藥瓶,一天到晚擺弄。二年級起他又成了少年無線電迷:他把課余時(shí)間和財(cái)力都投入安裝無線電的活動,兩年內(nèi)完成了從礦石收音機(jī)到七管超外差式收音機(jī)的全過程。他還是一位少年天文愛好者。無數(shù)次仰望浩瀚的天空,窺探一個(gè)個(gè)美麗的星座和銀河深處隱藏的河外星系的奧秘。他對科學(xué)的興趣得到了母親的鼓勵和支持,母親為了培養(yǎng)他的科學(xué)思維,有意識地讓他在數(shù)學(xué)方面受到更多的訓(xùn)練。從小學(xué)到中學(xué),他的各門數(shù)學(xué)課都學(xué)得得心應(yīng)手。到了高中階段,嚴(yán)密數(shù)學(xué)的邏輯推理和由此導(dǎo)出的結(jié)論,使他得到了一種從未有過的滿足。同時(shí),物理世界的奇妙,簡潔的方程把宇宙和原子都描繪得如此精確的物理學(xué)更在這位年僅15歲的年輕人的心靈中扎下了根。
1955年,雷嘯霖在廣西以高考理科總分第一名的成績考入北京大學(xué)物理系。大學(xué)的課程開拓了他的視野,而從小養(yǎng)成的獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)風(fēng)格在這里得到進(jìn)一步鞏固。平時(shí)他復(fù)習(xí)功課所用的時(shí)間往往比別的同學(xué)更多些:他對每個(gè)章節(jié)都要追根尋源,為此常要到高年級的參考書中去尋找答案,直到能夠完全用自己的邏輯和語言表達(dá)出來,歸結(jié)到基本的公理或定律,才算是弄懂了,期末幾乎每門課考試他都能輕松自如地取得好成績。
大學(xué)第六年,雷嘯霖在青年教師吳杭生先生的指導(dǎo)下做畢業(yè)論文。導(dǎo)師給他定的論文范圍是研究超導(dǎo)薄膜的電磁性質(zhì),從此開始了他在凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域的科研生涯。他與吳杭生先生一起通過研究,提出超導(dǎo)薄膜尺寸非局域效應(yīng)的概念,導(dǎo)出非局域的金茲伯—朗道方程,確立了超導(dǎo)薄膜臨界磁場隨厚度變化的負(fù)二分之三次方規(guī)律,使人們對超導(dǎo)薄膜電動力學(xué)的理解前進(jìn)了一步。雷嘯霖談到那次理論的突破時(shí)曾深有感觸地說:“相信自己的思維和判斷,敢于質(zhì)疑別人的結(jié)論是創(chuàng)新的開始。”
1963年雷嘯霖畢業(yè),被分配到山東大學(xué)物理系任教。走上工作崗位的最初兩年中,他出色完成雙倍教學(xué)工作量的同時(shí),又繼續(xù)致力于超導(dǎo)電性研究。他發(fā)表了3篇高水平的學(xué)術(shù)論文。其中《磁場中的超導(dǎo)膜》一文在《物理學(xué)報(bào)》刊出后還被推薦到反映當(dāng)時(shí)中國最高水平學(xué)術(shù)成果的英文刊物《中國科學(xué)》雜志。正當(dāng)雷嘯霖學(xué)術(shù)上將達(dá)到最高創(chuàng)造的黃金時(shí)期,“文化大革命”開始了。10年漫長的日子里,他只能在工廠、農(nóng)村和學(xué)校中接受“批判”、“改造”和“再教育”,完全沒有任何做學(xué)術(shù)研究的可能。這種狀況一直持續(xù)到1977年,他因夫妻兩地分居被照顧調(diào)到上海醫(yī)療器械研究所任技術(shù)員。
1978年,在科學(xué)的春天里,雷嘯霖來到了中國科學(xué)院上海冶金研究所。由于20世紀(jì)60年代早期的積累和70年代末的刻苦鉆研,雷嘯霖對超導(dǎo)臨界溫度級數(shù)的收斂判據(jù)以及聲子譜高頻行為的效應(yīng),提出無序晶態(tài)合金電阻率的超散射理論,導(dǎo)出了電阻率與有序度的關(guān)系,解釋了高阻合金電阻率的負(fù)溫度系數(shù)和A15化合物低溫電阻率的反常行為,在同行中很有影響。他還提出電荷密度波超導(dǎo)體喇曼散射的能隙激發(fā)理論,研究了超導(dǎo)電性與巡游鐵磁性以及超導(dǎo)電性與電荷密度波共存系統(tǒng)的熱力學(xué)及光學(xué)性質(zhì),取得了不少有影響的成果。
1982年底,雷嘯霖應(yīng)邀赴美工作,先后在美國休斯頓大學(xué)、紐約市立大學(xué)、斯梯文理工學(xué)院任客座副教授、客座教授,從事凝聚態(tài)物理學(xué)理論研究。在將近4年的研究工作中,他仍然走一條自己開拓的新路。他與美籍學(xué)者丁秦生(CSTing)合作,提出了分離質(zhì)心的力學(xué)運(yùn)動與相對電子的統(tǒng)計(jì)運(yùn)動,選擇最捷徑初態(tài)等一系列首創(chuàng)的物理思想。他把質(zhì)心比作行進(jìn)中列車的整體,把載流子比作車內(nèi)的乘客,解釋多粒子體系的輸運(yùn)現(xiàn)象,創(chuàng)立了半導(dǎo)體輸運(yùn)的平衡方程理論。他把這一理論推廣到異質(zhì)結(jié)和超晶格等二維半導(dǎo)體系統(tǒng)以及多種載流子組成的體系,研究了瞬態(tài)、高頻和有磁場情況下的傳導(dǎo);研究了噪聲、擴(kuò)散和熱電勢等多種輸運(yùn)問題。他作為第一作者在國際權(quán)威性物理學(xué)刊物美國《物理評論》、《應(yīng)用物理雜志》、英國《物理學(xué)雜志》等發(fā)表30多篇論文。為此,美國有好幾所大學(xué)邀請他去工作。如果說童年時(shí)代的雷嘯霖心中埋的僅僅是科學(xué)救國的種子,那么這時(shí)已生根、發(fā)芽、開花、結(jié)果了??茖W(xué)沒有國界,但科學(xué)家是有祖國的,雷嘯霖毅然帶著妻子于1986年回國。同年,他在中國科學(xué)院上海冶金研究所被破格晉升為研究員。
回國后,他作為斯梯文理工學(xué)院的兼職教授繼續(xù)與美國學(xué)者合作,主要研究關(guān)于平衡方程方法在理論上的發(fā)展、論戰(zhàn)及在各方面的應(yīng)用。這些研究取得了重要結(jié)果。平衡方程理論在學(xué)術(shù)界獲得廣泛承認(rèn),被稱為雷—丁理論。這一理論的確立為半導(dǎo)體輸運(yùn)問題的研究開辟了新途徑,提供了一個(gè)高效率的計(jì)算實(shí)際系統(tǒng)傳導(dǎo)性質(zhì)和進(jìn)行半導(dǎo)體器件模擬設(shè)計(jì)的新手段。1988年雷嘯霖被評為國家有突出貢獻(xiàn)的中青年科技專家,1989年獲得中國科學(xué)院自然科學(xué)獎二等獎。
1991年,他提出窄能帶材料中電子輸運(yùn)的布拉格散射模型,建立了半導(dǎo)體超晶格微帶輸運(yùn)的解析理論,成功解釋了超晶格縱向輸運(yùn)的負(fù)微分遷移率、峰值速度及臨界電場隨微帶寬度的變化。1995年,他提出用6個(gè)有效質(zhì)量系數(shù)和6個(gè)非拋物系數(shù)描述任意形狀的能帶系統(tǒng)在電場和磁場同時(shí)存在時(shí)的輸運(yùn)性質(zhì)的方程,為研究復(fù)雜能帶材料在強(qiáng)電場下的磁輸運(yùn)提供了一個(gè)簡便而系統(tǒng)的方法。
1998年,他對高頻電場和直流電場共同影響下的多載流子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)心速度緩變部分與快速振蕩部分的分離,導(dǎo)出了一組不含時(shí)間快變量的輸運(yùn)平衡方程。這個(gè)包括了各階多光子效應(yīng)又能用比較簡便的計(jì)算獲得強(qiáng)太赫茲電磁輻照下半導(dǎo)體輸運(yùn)和光學(xué)性質(zhì)的光子輔助躍遷模型,預(yù)言了非線性載流子吸收反常,解釋了長期未決的能量弛豫共振和碰撞離化增強(qiáng)等問題,為研究三維和各種低維半導(dǎo)體與遠(yuǎn)紅外電磁輻射的相互作用提供了便捷方法。
2003年,他與合作者一道發(fā)展了高頻電磁場作用下法拉第組態(tài)二維半導(dǎo)體磁輸運(yùn)的平衡方程理論。這個(gè)理論不但給出電磁輻射激發(fā)的基波磁阻振蕩,而且預(yù)言會出現(xiàn)與多光子過程相關(guān)的次級峰谷結(jié)構(gòu),成功解釋微波引起二維半導(dǎo)體強(qiáng)烈磁阻振蕩和零電阻態(tài)的奇特現(xiàn)象。近年來,他把電磁輻照下半導(dǎo)體非線性磁輸運(yùn)的平衡方程理論進(jìn)一步細(xì)化,使其成為研究輻射與凝聚物質(zhì)相互作用的系統(tǒng)方法。
雷嘯霖不僅是一位卓有建樹的科學(xué)家,同時(shí)又是一位循循善誘的好老師。他十分重視培養(yǎng)青年科技人才,多年來他一直給青年研究人員講授電動力學(xué),為研究生講授高等固體物理等課程,深受好評。他直接指導(dǎo)了數(shù)十名碩士生、博士生和博士后。他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),責(zé)任心強(qiáng),對學(xué)生嚴(yán)格要求,從不馬虎,顯示了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和高度的責(zé)任心。
步入古稀之年的雷嘯霖仍然在勤勤懇懇地工作。在物理學(xué)的研究中做一點(diǎn)事是他生活中自然的習(xí)慣。他說:“在物理學(xué)宏偉的大廈中,我在半導(dǎo)體輸運(yùn)理論方面的工作是微不足道的滄海一粟,而在有生之年我恐怕只能再做一點(diǎn)更加微不足道的小事。但我還是和過去一樣,鐘愛物理,情愿把一生獻(xiàn)給這門科學(xué)。”
1994年,雷嘯霖獲得中國科學(xué)院自然科學(xué)獎一等獎。1995年,他獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。1995年被評為上海市勞動模范,1996年獲得全國總工會授予的“五一”勞動獎?wù)隆?006年,獲得何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎。至2009年底,雷嘯霖在國際物理學(xué)著名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文290余篇,其中他為第一作者的論文150余篇。據(jù)SCI統(tǒng)計(jì),他為第一作者的論文中單篇被引用100次以上的有5篇,其中最高一篇230次。他纂寫的中文專著《半導(dǎo)體輸運(yùn)的平衡方程方法》于2000年出版,英文專著BalanceEquationApproachtoElectronTransportinSemiconductors于2008年出版。
主要論著
1吳杭生、雷嘯霖,在強(qiáng)磁場中金屬薄膜的超導(dǎo)電理論(Ⅰ),物理學(xué)報(bào),1964,20:873。
2雷嘯霖、吳杭生,在強(qiáng)磁場中金屬薄膜的超導(dǎo)電理論(Ⅱ),物理學(xué)報(bào),1964,20:991。
3雷嘯霖,磁場中的超導(dǎo)膜,物理學(xué)報(bào),1965,21:1619。
4雷嘯霖,無序晶態(tài)合金的電阻率,物理學(xué)報(bào),1980,29:1385。
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6XLLei,CSTing,Greens Function Approach to Nonlinear Electronic Transport for an Electron-phonon- impurity System in a Strong Electric Field,PhysRevB,1985,32:1112
7XLLei,JLBirman,CSTing,Two Dimensional Balance Equations in Nonlinear Electronic Transport and Application to GaAs-GaAlAs Heterojunctions,JApplPhys,1985,58:2270
8XLLei,Dynamical Screening and Carrier Mobility in GaAs-GaAlAs Heterostructures,JPhysC:Solid State,1985,18:L593
9XLLei,JQZhang,JLBirman,et al,Hot Electron Transport in GaAs- AlGaAs Heterojunctions,PhysRevB,1986,33:4382
10XLLei,NJHoring,JQZhang,Balance Equation Analysis of Linear and Nonlinear Electronic Transport in Quasi Two-dimensional Quantum-well Superlattice,PhysRevB,1986,34:1139
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20XLLei,Balance-equation Approach to Hot-electron Transport in Semiconductors Irradiated by an Intense Terahertz Field,JApplPhys,1998,84:1396
21雷嘯霖,半導(dǎo)體輸運(yùn)的平衡方程理論,上??茖W(xué)技術(shù)出版社,2000。
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23XLLei,SYLiu,Radiation-induced Magnetotransport in Highmobility Two-dimensional Systems:Role of Electron Heating,PhysRevB,2005,72:075345
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26XLLei,Nonlinear Theory of Fractional Microwave-induced Magnetoresistance Oscillations in a Dc-driven Two-dimensional Electron System,PhysRevB,2009,79:115308