[编者按] 本刊特派毕东海同志去南京，邀请江苏教育学院的毛学春同志采访了在南京的部分学部委员，请他们向本刊读者谈谈他们所从事研究的学科的现状及发展趋势。本期先发表冯端及高鸿两位教授的采访记，其余将陆续刊载。

记者：冯先生对固体物理中的晶体缺陷素有研究，请谈谈这方面的研究情况。

冯端：大半个世纪以来固体物理学在各方面都有很大的发展。其主要研究目的是通过固体内在结构来阐明固体的各种性能。我们说固体的性能大体上可分为两大类：一类是非结构敏感的；另一类是结构敏感的。所谓非结构敏感性能，对于同一种材料的不同试样进行测量的结果，差别不大，例如弹性模量、密度、比热等。所谓结构敏感性能，对于同一种材料不同试样测得的结果，往往差异很大，如屈服强度和断裂强度，这类问题的研究比较困难，物理本质不易抓住。但是许多技术性能往往具有这种特征，金属强度就是一个明显的例子：它的屈服强度和断裂强度对试样状态、成分差异非常敏感。在固体物理学发展的初期，总是拿晶体当作完整的原子排列绝对严格非常完整的状态来进行理论计算。这类理论在解释固体的非结构敏感性能方面取得了很大的成功，构成了固体物理学中的一个重要部分。这些理论解释结构敏感性能碰到了困难。例如关于金属强度问题当时就有人提出设想：金属是完整的晶体，理论计算强度比实际测出的强度高出3 ~ 4个数量级，（即一千倍到一万倍）。这就说明了这类问题不能用完整晶体的理论来进行解释。后来到了二十世纪三十年代起开始有人提出实际晶体是不完整的，里面存在各种缺陷，这些缺陷有一定的规律性，掌握它的分布状态和运动规律是理解强度或其他结构敏感性能的关键。所以从三十年代起开始对晶体的不完整性或缺陷进行比较系统的研究。对于晶体缺陷存在的基本类型作了一些估计，也探讨了晶体缺陷对于性能的影响。这可以说是晶体缺陷研究的开始。当然，晶体缺陷类型很多，其中有一种对晶体强度起关键作用的位错，还有其他各式各样的点缺陷（空位、填隙原子等）和面缺陷（层错、畴界、晶界等）。关于晶体缺陷的研究在国际，上五十年代有一些突破。当时通过实验观察手段，如电子显微镜，X光及光学方法，直接看到了理论设想的位错和其他缺陷。所以从此开始，可以用直接观察来求出它的规律、分布状态、运动规律，以及它对性能的影响。这样一来奠定了晶体缺陷理论的实验基础，从而对许多结构敏感性能开始从物理本质上得到理解。并为进一步改善这些材料技术性能提供了科学依据。

我和我的合作者长期研究的领域主要是关于晶体缺陷的一些规律性，我们开始工作在六十年代初。当时进行的是体心立方，难熔金属中的位错的研究。开始工作时，正在五十年代发展了位错观察的技术之后，看到当时国外在面心立方金属中的研究较多，也比较深入。我们就选择在国际上研究得比较少的体心立方金属作为研究对象，因而比较系统地观察钼、钨这些难熔金属中的位错。发展了观察位错的技术并澄清它们分布和结构的一些规律性，发表了十多篇论文。后来这项工作曾在1966年北京科学讨论会物理讨论会上报告过。也可以说是在国内比较系统深入地研究晶体缺陷的开始。十年动乱中，在1972、1973年重新开始工作之际，我们仍然感到晶体缺陷研究大有可为。但是考虑把研究工作范围开拓到更新的领域，研究对象也有些改变，从金属转到非金属的技术性晶体，特别激光技术上应用的非线性光学晶体。我们研究的晶体也包括铌酸锂、钽酸锂、锂酸钡钠、锂酸钾等。研究的内容包括缺陷结构、缺陷形成的规律性以及缺陷对性能的影响。观察方法也采用多种观察手段，如光学显微镜、电子显微镜、X光形貌照相等。从1976年以后又考虑这样一个问题，即有没有可能利用缺陷来提高晶体的物理性能，这是问题的一方面。布龙姆贝根教授（1981年得诺贝尔物理奖金的获得者）在六十年代初就提出过理论：认为如果晶体中极化方向作规则性的周期性变化，可使其非线性光学性能获得增强。但这—设想国外虽然有人尝试过，但一直未能很好地实砰。怎样来实现这一设想呢？当时我们考虑晶体生长过程可以诱发这种畴的反转。我们对这过程进行深入的考虑，然后在实验室进行了大量试验，于1979年得出初步结果，可以长出比较规则的聚片电畴晶体，也获得倍频性能的增强，验证了布龙贝姆根的理论。这项工作从对缺陷观察研究的基础上对形成缺陷的机制有所了解、进一步对缺陷对性能的影响有所预期。在此基础上发展成关于聚片电畴的研究。这项工作已得出一些初步结果。1980年5月在上海召开的国际激光会上我代表我们的科研集体作了关于聚片电畴，变频增强效应的报告。报告以后，国外专家有比较大的反响。1981年7月底又在大连召开的中日电镜学术交流会上报告了我带的几个研究生的工作，在铁电畴界的衍射象问题上有所创新而且发现了铁电相变中的微畴结构，获得与会科学家的好评。1981年9月份上海同济大学召开中国与西德双边的固体物理讨论会，会上也邀我以铁电单晶体缺陷研究为题作了报告，引起西德科学家对此工作的兴趣。

记者：请冯先生谈谈国际上的研究动态。

冯：总的讲，晶体缺陷研究，我在前两年前物理学报上曾有一篇对整个晶体缺陷研究的国际动态的总结。这里简单地说几句：

晶体缺陷研究首先在力学性能这个领域开始的，位错理论的提出就是针对范性形变提出的，从五十年代实验观察技术有所突破之后，大部分工作也还是围绕力学性能进行的。所以这一方面始终是研究晶体缺陷的一个比较重要部分。目前来讲，这个领域还是继续向纵深发展。一方面更深入到微观的领域，另一方面也延拓到矿物晶体和高分子材料的力学性能，这方面工作还是一个重要领域，晶体缺陷对其他物理性能的影响构成了固体物理发展的新领域。例如对磁学、电学性能的影响近年来很受重视。我们现在有一个领域，再如晶体缺陷晶体生长和相变的关系也受到人们的注意。这牵涉到缺陷是如何形成的以及反过来缺陷对晶体生长和相变所起的作用。最近我们的一个实验工作直接观察位错对铁电相变的影响，看到了在位错附近的区域附近优先产生相变。另一个与实际问题密切联系的固体电子学器件中的缺陷问题，半导体或激光器件中缺陷对器件的影响，问题也有两个方面：缺陷导致器件性能的下降，但在某些情况下晶体缺陷也可对器件性能有促进作用。如我们做的工作说明在一定条件下，控制缺陷存在，分布形态，也可能使某些性能增强，另外还有一个发展趋势，晶体缺陷的研究对象从简单晶体进入更加复杂的晶体。如我们现在研究的非线性光学晶体就比金属晶体复杂得多，金属晶体一个晶胞不过有几个原子，非线性光学晶体往往一个晶胞有几十个原子甚至上百个，而且种类不同。矿物晶体也是如此。这类研究也延伸到传统上不属晶体的范畴的材料，例如分子方向有规律而位置无规律的液晶。可以设想，将来也会延伸到结构更复杂的生物大分子中去。目前关于晶体缺陷的研究在中等复杂的材料中已经开展，如无机化合物矿物，联系的范围也从纯粹的金属的研究，扩大到材料科学的研究。除了联系材料科学而进行晶体缺陷的研究之外，还有跟地学有联系的矿物晶体的研究也是很有意义的领域。

所谓晶体缺陷往往反映晶体生长过程的某些特殊变化。例如生长过程的突然温度波动会导致组分的异常，而在内部留下缺陷的痕迹，在实验室生长的晶体可以故意引进干扰，使缺陷分布跟生长历史相对应。在地球科学中矿物形成过程是直接观察不到的，这些过程会在矿石晶体中留下痕迹，等于一个人的履历表藏在身上，问题是如何将履历表读出来。晶体缺陷的研究实际上提供了这样翻译的手段。如对矿物晶体缺陷的具体分布状态，有个深入的认识，可以根据已知规律倒推，以获得其形成过程的信息。国际上这方面的工作开展得已经比较多了，我们也要迎头赶上。当然，还有更远的国际上还没有开展。例如结构更加复杂的生物大分子层的结构。只要结构上有一定的程序，反过来总有破坏程序的缺陷存在，这种从简单到复杂的历程在晶体结构分析（研究晶体的理想结构）发展的历史中得到了反映。例如1912年劳厄开创X射线结构分析以后，在最近十几年，主要是研究结构最简单的晶体，如岩盐、金刚石等。从三十年代开始对矿物晶体进行研究，一个晶胞有几十或几百个原子。到四十到五十年代开始对蛋白质、大分子结构蛋白质晶体得到一些重要结果，特别蛋白质结构对分子生物学发展起关键作用 · 相应地对晶体内部映陷（晶体的实际结构）的研究也有类似的过程。五十年代开始观察的主要是结构最简单的晶体。现在进入七十到八十年代，一些中等复杂的晶体缺陷也作为比较重要的研究对象，可以设想，将来如进一步发展的话，一个晶胞有成千上万个原子的生物大分子也会成为晶体缺陷研究的对象镜来观察生长表面或浸蚀过的表面的形貌。到五十年代，电子显微镜的技术有了很大的进展，可以直接看到金属薄膜中的位错线，证实了位错的存在。这对晶体缺陷研究的突破起了很大的作用。到现在电镜的分辨率提高到1 ~ 3个埃左右，已经可以直接看到晶体中的原子，这样的高分辨率的电子显微镜对晶体缺陷研究，在近几年发挥了很大作用。晶体缺陷的原子图像过去只能设想，而今可以直接看到，可以检验这些设想有没有差错，而且往往可以获得比我们设想更丰富的内容，推动理论进一步地发展。

（整理者   毛学春）