华中一 1951年毕业于上海交通大学物理系。曾任复旦大学校长。现任复旦大学教授、中国真空学会理事长、上海市真空学会理事长、上海市电子学会理事长、中国仪器仪表学会副理事长：国标真空科学技术与应用协会（IUVSTA）执行委员。

50年代曾设计并试制成功一系列的高真空获得、测量和分析设备，1963年获国家科委等联合颁发的“四新奖”两项。1977年以来在分子泵、静电四极场、出现电势谱、高密度硅存储器等方面都有所创新。其中“表面芯能级谱的研究和应用”获1985年上海市科技进步二等奖和国家教委科技进步二等奖，“电子光学的计算机辅助及最优化设计”获1986年国家教委科技进步二等奖。先后有著作10种，主编了英文版《真空与表面分析》1~3卷；在国内外刊物发表论文140余篇。

1984年被我国人事部授予“中青年有突出贡献专家”称号；1990年被国家教委、国家科委授予“全国高等学校先进科技工作者”称号；1992年因“中国真空技术的开创性工作”获美国传记学会（ABI）颁发的终身成就金像奖和英国国际传记中心（IBC）颁发的20世纪成就奖。

八月的晴空，骄阳逼人，然而复旦大学林木苍郁的校园，在万里无云天穹的映衬下，似乎更显青翠。上午九时半，本刊记者赶到复旦，去会见解放后复旦的第四任校长、我国真空科学的开拓者之一华中一教授。

一、从《头脑风暴》谈起

记者：今年6月20日，《新民晚报》用整版刊出了华先生的一篇文章《头脑风暴——同青年们谈谈创造性思维》，引起读者的广泛兴趣，说明这是大家关注的问题之一，由于涉及的面较宽，您能否就创造性思维再谈一些观点？

华：这篇文章刊出以后，我收到不少读者来信，有的是报社转来的，有的是直接寄到复旦大学的。其实我并不是第一次谈这个问题，早在1989年我担任复旦大学校长的时候，就以“校长论坛”的形式对学生作过《创见与科学精神》的报告，后来还收在《硅谷夜谈》这本科普文集中。虽然七年过去了，但我觉得这个问题现在仍然十分重要，因此补充了一些新的内容，重写了一次。但限于报纸的篇幅，压缩了若干内容。既然你们两位有兴趣，我还可以讲几句。

首先，我在创造性思维的重要性方面，举了扫描隧道显微镜和高温超导两个例子，它们的发现，是科学史上的重大事件，有深远的影响。然而创造性思维的实践，并不限于重大事件。在一般的产品设计和生产实践中，同样可以体会到它的重要性。比如说，傻瓜相机的发展就是一个很好的例子。

现在大家都知道有傻瓜相机，全自动的，“一揿就好”，你只要考虑目的物和取景，其他都可不管。其实这种照相机既不是傻瓜，也不是“傻瓜用的照相机”，它的全名叫做“仿傻瓜（fool-proof）照相机”。因为照相机的部件很多，光圈啦、时间啦、焦距啦，一不小心就会出错。为了防止不懂如何照相的人或马大哈之类的人出错，就要自动化，所以叫做“防傻瓜”，它的出发点很有意思，早期用35毫米软片的135袖珍照相机的镜头直径较小，只能在户外对中速物体使用。40年前我在《科学画报》（1956年12月号）上介绍最简单的户外曝光法是随处可用“1/50秒-f/11”。后来摄影面越来越宽，要求拍弱光、室内或高速的场合很多，为了增加受光，镜头直径就要放大，从f/3.5放到f/2.8，到f/2，再到f/1.5。但镜头变大会使镜头周边的畸变也变大，为了避免照片边缘失真，好照相机就要用更多的玻璃透镜拼接起来，玻璃一多就很重；加以磨的工艺复杂，就很贵，贵到大家不愿意买。日本人就想了一个办法，不从继续放大镜头的办法着手，而是增加光亮度，那就是使用闪光灯。但闪光灯的亮度是固定的，而物体本身以及照相机到物体的距离在变，受光面的照度不同，那就要在自动对焦和设定光圈的基础上用动快门来控制曝光时间。于是出现了电子闪光灯（不是镁泡或充氧铝泡）和电子快门。这种相机以廉价和可靠性占领市场，果然一炮打响。后来发展为全自动照相机，包变焦距、防重叠、防红眼睛、强制闪光、印日期、识别软片感光度等等功能都出现了。到现在还是日本人占优，美国、德国似乎都不是它的对手。德国只好重点开发职业摄影师用的高级照相机。

那么，傻瓜机是否到顶了？不，还在继续改进。先有一家照相机厂搞会讲话的照相机，提醒你“太暗，用闪光灯”，但商业不太成功。另一个创新是这样的：傻瓜机有个自动倒片的机构*当一卷软片全部拍完之后，它会自动倒入软片筒，然后可取出来放入新的胶卷，只要半分钟就可以换好软片，很方便。但作为改进，新招是胶卷放入照相机后，立即先伎软片全部自动进入照相机卷轴，然后拍一张回入一张到软片筒，等全部拍完，取出软片筒。这两方面的区别 在于后一种方法可防止真的“傻瓜”在软片尚未拍完时开启盖以致拍过的软片全部曝光损坏，不过这只是非主要的方面。主要的是随时可取出胶卷去冲洗，对抢新闻的记者特别合适，

其次，创造性思维是素质教育的重要环节，反过来说，应试教育则是破坏创造性思维的重要因素。我已经说过，美国的教育制度并不理想，但他们的大学决不会公布今年录取的新生中有多少名“状元”。而我们一旦高考招生工作结束，就忙着揭榜：与此同时，各中学也赶快统计有多少毕业生进入大学，其中又有多少被录取到名牌大学，作为中学教育优劣的首要标志。我认为，这种有意无意的导向（其中也包括社会舆论导向）无形中对应试教育起着推波助澜的作用。

更有甚者，现在高考试题的评分标准也只体现了应试教育的标准。《文汇报》今年7月29日刊载的所谓“高考作文失误分析”，其中有的同学其作文非但没有错别字、语句也通顺，而且用词恰当、有真实的情感，有的段落逻辑性也不错，可是因为内容不甚切题，“偏开去”，所以只能打低分。我不知道这种打分是否根据测试学生“综合能力”的原则，也不知道中学语文老师是否感觉到这种打分有些苛待他们的学生，然而我确切地知道明清科举考试，以“八股”取士，规定文章最重要的是“破题”、“承题”两股，所论内容也不许作者越雷池一步。如果把现在高考作文（不是平时的习作）的要求同科举考试作一比较，异同自知。作为一个教育工作作者，我深感忧虑。

记者：美国的学校是怎样教作文的？

华：最近我访问几个美国的小学，那里的教师居然告诉我没有“作文课”。他们语文的教法和我们不同：他们让小学生先学讲话，语法就在讲话中更正；会讲话了，就把它写下来；写下宋时拼法错了，就改正。所以他们在作文方面没有困难。他们的理论是 :人是先有语言再有文字的，学语言要优先于学文字，我们的小学生则先认字，然后学课文，然后学作文。作文做不出来或做不好.....。于是书店里就出现大量的《作文大全》之类的书。我想这种书看了半天，也许作文仍然做不好；而且我相信老舍虽然被称为“语言大师”，但肯定没有学过《作文大全》。

最后我想讲的是 :必须做一个正直的科学家。我相信，一个真正有创造性思维的、有成就的科学家，必定会严肃地寻求真理，也必定有良好的科学道德。因为他无需用任何歪门邪道来增加他们的“论文”或“成果”的数目。另外，我也并不主张片面强调纯粹科学（pure science）的美丽。皇冠上是否有明珠本来就不是公认的事实，而让很多青年人一哄而上地去搞“明珠”，既无必要又无可能。

作为《头脑风暴》的补充，我就讲这些。

二、蓬勃发展的纳米电子学

记者：您能否从创造性思维的角度谈一下您们目前所从事研究领域的发展？

华 :这是一个很大的题目，不是三言两语能够讲清楚的。我只能简单地讲一点体会，最早我从事的工作是真空技术和真空电子器件（苏联称为“电真空器件”），后来真空科学的内容发展和更新得很快，我们实验室的研究方向就扩展了薄膜、表面分析、低温等离子体等领域，而在真空技术本身只留下超高真空获得和分析。实际上前面提到的扫描隧道显微镜和高温超导两个方面我们也都做了些工作，而且同IBM公司的几位诺贝尔奖获得者都有一定的学术交往。但是由于工作上的更迭和其他原因，目前我们在高温超导方面只留下超导量子器件（SQUID）和超导体-半导体之问隔离层薄膜（用于超导体-半导体混合器）两方面的课题；而扫描隧道显微镜则正在继续使用和改进，主要用于一个新的学科，即纳米电子学。

1个纳米相当于百万分之一毫米，因此顾名思义，“纳米科学与技术”的研究对象是小尺寸的世界。它包含三个主要方面。第一方面是纳米材料（或称超微粒子，定义尺度为0.1-100纳米），包括制备和表征。第二方面是纳米动力学（nanodynamics），主要是微机械和微电机，包括微型设备的精密加工、微型传感器和执行器、准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。再一个方面是纳米电子学（nanoelectronics），包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光学性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装。

随着信息时代的到来，当前电子技术的趋势，要求器件和系统更小、更快、更冷。“更小”是指器件和电路的尺寸更小，对集成电路来说就是集成度更高。“更快”是指速度要快。“更冷”是指功耗要小，否则很多个堆积在一起，既耗能源，又造成温升。但是“更小”并非没有限度的。以硅集成电路而言，国际上目前已经做出256兆位的存贮器，刻线小于0.25毫米（250纳米），如果线度小于0.1微米（100纳米），则量子效应就要显现出来，常用的电路设计方法就不能够适应。常用技术也可能会很快达到它们的极限，因此需要急剧的更新。解决的新思路就是干脆利用量子效应来设计新的纳米电子器件，但这是一个比较遥远的设想，还需要科学家作很大的努力。

记者：在纳米电子学方面，可能的创新途径是什么？

华：对于创新来说，一般通过三个方面的努力，即基于常用技术的延展、基于已有概念的新尝试，以及探索新可能性的基础研究。

对纳米电子学来说，常用技术的延展包括线度小到纳米级的光刻技术、掺杂元素的定位以及寻找更高结构分辨率的成像和分析技术，现在除扫描隧道显微镜（STM）外，还有原子力显微镜（AFM），低能电子显微镜（LEFM）等。基于已有概念的新尝试主要是把扫描探针用于信息记录和存贮方面。然而最重要的还是探索新可能性。从物理学来说，在尺寸小到纳米级甚至原子尺度的时候，很多宏观或微观物理的定律不适用，比如说欧姆定律不适用，我们常用的能带、逸出功等原子集体的行为也不适用。因此就要出现新的物理学。原子尺度的电子器件，如单原子晶体管、单分子存贮器和室温时能用的量子器件等，都是追求的目标。

记者：您能否举例说明一下？

华：我举一个用STM做存贮器的例子。STM主要包括一个用压电陶瓷驱动的尖端和一个放置样品的平台。这个尖端的尺寸可以小到原子尺度。它所加的电压不大，仅为1伏左右；但它同平台上样品表面之间的距离很小，可以是零点几个纳米到几个纳米，因此它们之间有很强的电场。由于量子效应，这个电场使尖端发射隧道电流。在尖端作扫描时测量这电流，就可以得到样品表面形貌的显微镜，在一定的条件下可以达到原子分辨率，即成为“看得见原子的显微镜”。

这方面的创造性构思是把样品换成一种双稳材料，这种材料在STM尖端电场的作用下，可以从原来的高阻态变为低阻态，即实现信息存贮中的“0-1”状态。所以，利用STM和双稳材料可制成信息密度达每平方厘米10¹¹~10¹²位（bit）的存贮器（相当于存放500~5000套大英百科全书）。国际上已经试验成功的双稳材料主要为金属有机络合物，如Ag（TCNQ），Cu（TCNQ），Ag（TDCN）等，但我们在去年还做出两种全有机电双稳络合物，这是国际上第一次报导，不过我要说明的一点是，它离开实用还很远，主要是针尖的重算定位问题尚未解决，因此还不能寻址。

记者：在纳米电子学方面现在有哪些早期工作可做？

华：纳米电子学目前一部分工作是试验各种可能的器件模式，这方面用到分子束外延，也用到原子操纵。量子点、量子线、单原子开关、分子夹层结构器件等就是其中的几种。另一部分也是很重要的工作是为纳米电子器件准备必要的条件。未来的器件除了需要半导体作为功能器件外，当然也需要纳米尺寸的导体和介质，细分之还可以有高阻、低阻、高介电常数、低介电常数、高反射率、低反射率等等区别，它们也许不能用常规的方法制备。在这方面，去年我们利用STM的强电场，已使苯乙烯在热解石墨面上聚合和再构，形成结构高度有序的类晶体聚苯乙烯薄膜。工艺过程完全在大气和常温下进行，不需要触发剂和催化刑。我们还正在利用STM的强电场制备纳米级宽度的有机导线，以克服两根金属导线在十分靠近（几十纳米）时由于表面金属原子徙动而引起的短路现象。

由此可见，STM除了能成像外，还能存贮信息、聚合单体、使有机薄膜表面再构等等，实在是一种多功能（versatile）的仪器。但这些都不是当初STM出现时能够想到的。这就是众多科学家发挥创造性思维且勇于实践的结果。

记者：在纳米电子学方面，可能的早期突破是什么？

华：有可能是在超高密度的记录媒质、输入/输出（I/O）光源，逻辑电路和存贮器的晶体管和其他开关器件，以及显示器用的微小电子源阵列。

记者：您认为当前纳米电子学的研究中应当注意什么？

华：我认为，纳米电子器件的前身——半导体集成电路，不论在研究方面或工业生产方面，目前我国同国际上的差距已经很大，在本世纪内决无赶上的可能。除了美国和日本对我国的禁运政策造成工艺落后之外，注重引进而不注重自主创新恐怕也是其中的一个原因。因此在我国，除了励精图治，自力更生以外，应当大力提倡创造性思维以及大力支持我国独有的科研成果。今年4月江泽民同志在“863”的会上说：“创新是一个民族进步的灵魂，也是国家兴旺发达的不竭动力。”我认为这就是对“科学技术是第一生产力”的最好诠释。

（江世先、罗季雄采访于1996年8月9日，采访稿由华中一教授本人审改，罗季雄执笔）