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吴全德
发布日期:2018-08-23 来源:九三学社中央宣传部
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吴全德(1923年12月12日—2005年12月29日),出生于浙江黄岩。电子物理学家。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。1953年加入九三学社。

吴全德的父亲吴甘霖,在黄岩县城郊开f设小酒店,母亲从事家务劳动。父母教育他要诚实待人,认真读书,做个好人。吴全德小时候跟邻里老人学认字,1931年入县樊川小学,1933年转入浙江海门省立台州中学附属小学。他在小学成绩一直优秀。1933年毕业,顺利升入台州中学初中部。1938年进入台州中学高中部,因遇上日本兵舰炮击海门(现台州市椒江区),1939年转入黄岩县中学,1943年春毕业,并以优异成绩被保送进入西南联大。经过两个多月的千辛万苦,才到达昆明。抗日战争胜利后,1946年随清华大学回到北平(北京)继续学习,1947年以优异成绩毕业于清华大学电机系,留校任物理系助教,协助孟昭英教授筹建电子学实验室。1952年院系调整,吴全德调到北京大学物理系,在电子学组任讲师。1953年任电子学教研室代主任。1955年任电子物理教研室主任。从那时起他开始进行电子光学方面的研究。1958年该室研究红外变像管。1959年北京大学建立无线电电子学系,电子物理专业被划入该系,吴全德也转到该系继续任原职。1961年被提升为副教授。他在讲授阴极电子学课程的同时,进行光电阴极的研究工作,于1963年首先提出了阴极的固溶胶理论,1966年提出离子晶体或共价晶体中固溶胶粒的形成和生长理论,1978年晋升为教授。1979年他提出银氧铯阴极含银超微粒子的能带模型,推导出光电流密度和量子产额公式,此公式后来被国外学者称为“吴氏输运函数”。他所提出的光电阴极的固溶胶模型和光电子发射的理论被称为“吴氏理论”。他对“金属超微粒子—半导体薄膜材料的结构和特性”的研究,获1987年国家自然科学奖三等奖和国家教育委员会科学技术进步奖二等奖。

在光电阴极方面,他进行了较深入的理论和实验研究,尤其是对银氧铯(Ag-O-Cs)光电阴极的结构和光电子发射机理的研究取得了重要成果。Ag-O-Cs光阴极(也称S—1阴极)是最早(1929)发明的实用光电阴极,世界上第一只电视摄像管和第一只红外变像管就是利用这种阴极制成的。它具有较高的近红外灵敏度和复杂的光谱响应特性,至今在红外光电转换和探测仪器中仍被广泛应用。在激光出现以后,它的优越的超短脉冲检测特性和多光子效应受到光电专家的重视,但它的发射机理长期没有被认识清楚,近半个世纪以来,多数人认为这个阴极是半导体结构,但用半导体模型解释该阴极特性时又遇到很多矛盾,有些学者认为S-1阴极的发射机理是一个谜。吴全德于1963年首先提出了这种光电阴极的固溶胶模型,指出了这种光电阴极的结构是金属银超微粒子埋藏于氧化铯半导体中,他从理论上讨论了基质中金属微粒的成核、生长条件,提出了离子晶体或共价晶体中固溶胶粒的形成和生长理论,并给出了金属微粒-半导体薄膜的能带结构和电子态分布,以此为基础讨论了Ag-O-Cs光电阴极的导电机理、光吸收、光电激发和光电子输运过程以及光电子发射的量子产额公式:

Y(hv)=α∫∞Es-EFEE+(Ev-hv)E+(Ev-Ec)1/2

expEm-EkTdE在这个领域,吴全德最先用这种模型、理论和公式定量地阐明了Ag-O-Cs光电阴极的结构和特性,并从理论上得出对长波光电发射有贡献的平均银超微粒的直径为31纳米。大量的科学实验证实了这个模型是合理的,这个理论较好地解释了实验结果。

在20世纪60年代后期,多碱光电阴极获得广泛应用,它是在可见光、近紫外和近红外范围有较高灵敏度的实用光电阴极,是高增益高分辨率像增器发展的基础,但对它的光电发射机理的讨论都采用单晶半导体模型。吴全德在1985年与合作者一起对“多碱效应”做出了实质性的解释,并提出多晶光电发射模型和对光谱响应有影响的两个参量,即晶粒间界处的位垒高度和光电子的界面损失率,从而对光谱响应的变化给出解释。

吴全德在光电阴极的研究方面取得突破性成果的同时,扩展了他的研究范围,研究了在更普遍情况下,原子团和超微粒子成核和生长理论,给出了在介质或半导体中形成原子团和超微粒子的理论公式和物理条件。在这个理论指导下,可以有目的地控制制备金属超微粒子—半导体薄膜和金属超微粒子—绝缘体薄膜。这类薄膜具有独特的光学、电学、磁学和光电性质,它可以制成光和电磁波强吸收材料、光学双稳态材料、超短光脉冲检测薄膜,以及多种气体敏感薄膜,因此这类薄膜是目前人们感兴趣的研究课题。

吴全德意识到薄膜技术在高科技各个领域的重要性,但对薄膜生长的基础(包括成核、生长、连续成膜和外延等)还没有完整的理论。因此他研究了在固体表面原子团形成的物理条件,讨论了薄膜形成的一般过程和稳定外延生长的条件,提出成核、生长和外延生长的互补性,给出了有关公式。这一理论工作在薄膜制备和固体器件加工及外延生长条件等方面是非常有意义的。

在上述研究的基础上,吴全德与合作者以及他所指导的研究生进行了金属超微粒子的结构和特性的系统实验研究。超微粒子是指尺寸小于100纳米的微粒,其中小于20纳米的称为原子团。原子团具有不同于原子物理所描述的原子、分子和固体物理所描述的块体的结构和特性,描述原子团的结构和特性的学科为原子团物理。至今人们在这个领域中研究较多的是在惰性气体中制备原子团和测试原子团的特性。而吴全德则已经比较深入地研究了埋藏在介质或半导体中的金属超微粒子薄膜的结构与特性,特别是它们的光电特性,从理论和实验上给出一系列的研究结果。这些成果表明吴全德的研究工作有其独到的开创性和先进性。

吴全德发现在纳米信息薄膜中会出现艺术性造型。他收集到一批图片,曾举办“显微镜下的形象艺术——纳米信息薄膜艺术图片展”。他称这种艺术图像为“实验造化艺术”,这里既有造化之功,也有人的创造性付出。

在吴全德等人的建议下,北京大学于1997年9月成立“纳米科学与技术研究中心”,他被任命为主任。该中心在单壁碳纳米管、超高密度信息存储、针尖化学等方面取得了创新成果。

吴全德出版有《吴全德文集》和《薄膜物理》等书籍,发表150多篇学术文章;还出版了《艺术与科学的融合——纳米科技改变人类生产、生活、思维方式》一书。

吴全德历任《物理学报》、《高速摄影与光子学》编委,电子工业出版社顾问,中国电子学会理事,国防科工委夜视专业组副组长,北京大学学术委员会委员,国家计委世界银行贷款项目“重点学科发展项目”专家组成员,国家自然科学基金委员会信息科学部电子学科评审组成员,中国科学院真空物理实验室学术委员会副主任,中国电子学会会士评审组成员和学术委员会委员等职务。

主要论著

1吴全德,阴极的固溶胶理论,第一次全国电真空器件专业学术会议文集,1964:371~389。

2吴全德,用电子显微镜观察银氧铯光电阴极的银胶粒和银颗粒,物理学报,1979,28(4):553~562。

3吴全德,银氧铯光电阴极的长波光谱响应和固溶小胶粒,物理学报,1979,28(5):603~621。

4Wu Quande and Liu Xiqing,Electric Conduction of Metallic Ag ParticlesCs2O Semiconductor Thin Films,JVacSciTechniol,1983,Al(3):317~375.

5Wu Quande and Liu Libin,Multialkali and Polycrystalline Properties of Multialkali Antimonide Photocathodes,Advances in Electronics and Electron Physics,1985,64B:373~383.

6Wu Quande,Xue Zengquan et al,Optical Properties of Cs2O and AgCs2O Thin Films,JVacSciTechnol,1987,A5(4):1960~1964.

7吴全德、薛增泉,金属微粒—半导体薄膜中小胶粒的光吸收与散射,物理学报,1987,36 (2):183~190。

8Wu Quande,Formation and Growth of Clusters and Ultrafine Particles on Solid Surfaces,JDe Physique,1987,48(6):531~536.

9Wu Quande,Nucleation and Growth of Ultrafine Particles and Condition of Epitaxy,Chinese PhysLett,1988,5(4):173~176.

10吴全德、薛增泉、刘惟敏,超微粒子—半导体薄膜的结构和特性,物理,1989,18(7): 407~408。

11Wu Quande,Nucleation and Growth of Vapor Phase Deposition on Solid Surfaces,Vacuum,1990,41(4,6):1431~1433.

12吴全德,离子晶体中固溶胶的形成和生长以及施主原子浓度(Ⅰ),(Ⅱ),物理学报,1996 ,22(1):1~28。