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《中国测试》特邀编委:张钟华院士——难以计量的科技人生

2439    2019-02-20



“中国计量要独立自主”

1965年,从清华大学电机系研究生班毕业后,张钟华分配到中国计量科学研究院,从此开始了他漫长的计量科学之旅。

原国际计量委员会成员王大珩院士给他上了人生中“最重要的一课”。建国初期,国际上还是以实物作为计量源,由于当时中国没有计量尺度,在上级指示下王大珩只有去前苏联求证丈量结果。因为怕温度、湿度变更及路途颠簸等因素影响了丈量结果的准确性,一路上王大珩把棉被包裹的设备紧紧抱在怀里,小心翼翼地像抱着一个婴儿。等到了目的地,胳膊都伸不开了。

张钟华强忍着没掉下眼泪。“中国计量要独立自主,不能受控于人!”他在心里暗暗发誓。这成了他拼搏一生的原动力。

上世纪70年代他担任国家“计算电容基准”主体研制工作, 即提出“变动边界微扰法”,解决了电极几何形状误差的计算问题——从此中国的交流阻抗尺度有了独立自主的溯源根据,后来这项课题结果获原国家计量局科技结果一等奖。

2006年,法国都灵国际会议。张钟华铿锵有力地宣布:中国向世界性计量难题“量子质量基准”宣战!他信心百倍地表示:“中国的计量科学要走独立自主的道路,我们有这个实力,也有这个能力!”


一个“准”字,追求一生

“准”是一直变更的。国际计量从1960年代以实物尺度作为计量源,到今天以基本物理常数来导出量子计量尺度,准确度早已发生了划时代的飞跃。

每一个时期,张钟华都在自己的领域力求与国际先进水平接轨,甚至领先国际水平。条件不如别人,就通过加倍的努力来弥补,有时为了一个数据就能做成千盈百次实验。

“计量科学发展落后,就会受欺负!”张钟华多次跟他的学生说,“计量科学的核心,就在‘准’上,而‘准’就必须严谨。”

本着严谨的治学和生活态度,就这样,年复一年,张钟华在攀登计量高峰的征途中留下了串串足印:

1988年,他测得的量子化霍尔电阻的国际单位制量值被国际计量委员会正式采取作为确定国际推荐值的依据之一;1992年,他主持的“建立超导强磁场尺度”课题装置通过鉴定,为国际同类装置先进水平,研究中提出的 “抑制法”解决了国际难题;1993年,他发现并解决了当前阻碍量子化霍尔电阻尺度的准确度提高的主要误差来源,制成了国际领先的超导电流比较仪;1994年应国际上要求,他用我国的计算电容测定了量子化霍尔电阻的国际单位制量值——此量值后来在最新一轮国际基本物理常数平差时被正式采取,为确定基本物理常数的准确数值作出了贡献;1995年他当选中国工程院院士,时年55岁,成为当时最年轻的院士之一。



“与时间赛跑”

1980年,在德国召开的国际计量大会上,当德国教授冯克律首次发表“量子化霍尔效应”时,这一重大发现引起了极大轰动。

作为当时出席会议的唯一一名中国专家,张钟华的心也是激动得怦怦直跳,“中国一定要在国际计量科技领域抢占一席之地,一定要抢先建立拥有自主知识产权的量子计量尺度!”

回到国内,张钟华迫不迭待地将这一计量领域的重大发现及建立我国量子霍尔电阻尺度的重要性向有关部分作了汇报。然而,当时我国的计量事业百废待兴,国力和计量研究能力还不具备进行量子尺度研究的条件。直到7年之后,他的“量子化电阻基准”才被列入实验项目。

遗憾的是,到1992年,因为经费和人才流失等原因,“量子化电阻基准”研究被迫中断。从1990年1月1日起,国际计量委员会正式在世界范围内启用量子化霍尔电阻自然基准,代替了已沿用几十年的电阻实物基准。已经落后两年了,中国什么时候能力有自己的基准啊!

1993年,他再次只身来到了计量科技发达的德国。目的只有一个:学习先进经验,建立中国的量子化电子基准。3年时间里,他全身心地投入到学习和研究中。

幸运的是,未几,潘必卿,这位一直在计量战线工作的专家型领导走马上任中国计量科学院院长,他态度坚决地对张钟华说:“量子化电阻基准必须搞上去,没有钱,我用院长经费支持你!”后来,经过多方努力又争取到了世行贷款及科技部重点研究项目资金,停止多年的量子化霍尔电阻基准项目终于又重新上马了。



“世界第一,确实杰出”

2004年9月13日,“量子化霍尔电阻基准”项目迎来了鉴定的时刻。这一刻,距离他立下制定中国自己的量子尺度的宏愿已经过去24年,距离课题在国内立项也已经过去17年。

鉴定会上,专家们一致认为:这一结果在国际量子研究领域实现了飞跃!首先是在国际上首次从理论上证明了量子化霍尔电阻数值与器件的形状无关,为证实量子化霍尔效应的普适性作出了贡献。其次,自行研制的量子化霍尔器件,突破了国外技术封锁,为课题提供了核心器件。另外,自主研究的高匝比超导电流比较仪,大大超过了国际同类装置水平。该项研究结果数据可靠,精确度为国际同类基准之首(10-10量级)。值得一提的是,这三项主要创新均具有我国自主知识产权!

但是,令张钟华困惑的是,国际计量局迟迟没有回应。直到2005年3月,国际计量局电磁量咨询委员会才通知张钟华,要他再去巴黎作一次情况汇报。巴黎归来,6月,国际计量局终于向全世界公布了比对结果。结果显示,我国的丈量结果离平均值最近,不确定度最小!——这意味着全世界的数据要以中国为准!

事后,课题组成员才知道,这次比对中,中国的测试结果太好了,远远优于其他11个国家的测试数据——不确定度方面的指标比国外基准高10倍还多!国际计量局官员不相信这真的是中国人自己做出来的,所以将公布实验结果的日期一再推迟。直到听完课题组的论文汇报,他们才心悦诚服。

为此,华裔诺贝尔物理学奖获得者、美国普林斯顿大学教授崔琦专门发来了热情洋溢的贺信,高度评价这项科研结果是“世界第一,确实杰出”。


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来源:中国质量新闻网、其它网络