金屬物理學(xué)家中的女杰——周如松＊

尹曉冬 周金蕊

①副教授，②碩士研究生，首都師范大學(xué)物理系，北京100048

＊國家自然科學(xué)基金項目（11075109）；中國科學(xué)院“中國現(xiàn)代物理學(xué)家與學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略問題研究”項目

金屬物理學(xué)家中的女杰
——周如松＊

尹曉冬①周金蕊②

①副教授，②碩士研究生，首都師范大學(xué)物理系，北京100048

＊國家自然科學(xué)基金項目（11075109）；中國科學(xué)院“中國現(xiàn)代物理學(xué)家與學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略問題研究”項目

周如松 金屬晶體學(xué) 教書育人

周如松（1912—2005），物理學(xué)家、教育家，中國較早從事金屬物理學(xué)研究的女科學(xué)家，是繼中國第一位女性物理學(xué)博士顧靜徽（1900—1983）［1］之后的第二位攻讀物理學(xué)并獲博士學(xué)位的女物理學(xué)家。周如松出身書香門第，父親周鯁生（1889—1971）是著名的國際法學(xué)家、中央研究院院士，曾任武漢大學(xué)校長（1945—1949）及20世紀50年代中國外交部顧問。周如松的丈夫陳華癸（1914—2002）是著名的土壤微生物學(xué)家、農(nóng)業(yè)教育家，中國科學(xué)院院士。周如松在金屬晶體研究領(lǐng)域的工作是中國該領(lǐng)域中比較早的開拓者，她與中國著名物理學(xué)家、教育家錢臨照（1906—1999）院士同是英國物理學(xué)家安德雷德（E.N.da C.Andrade，1887—1971）的門生，留英期間的工作為其打下了堅實的研究基礎(chǔ)。周如松回國后孜孜不倦地致力于金屬物理的研究與教學(xué)工作，畢生心血獻給金屬晶體研究以及武漢大學(xué)金屬物理專業(yè)的建設(shè)。筆者對周如松的生平以及她在金屬物理研究和教書育人等方面的成就作了詳細而深入的介紹，以紀念周如松百年誕辰。

生平簡歷及家庭

周如松，1912年4月24日生于湖南長沙，自幼隨父母生活在高等學(xué)府，受到良好的教育和薰陶。1934年畢業(yè)于武漢大學(xué)物理系，是該系的首屆畢業(yè)生［2］。留校任教兩年后，1936年留學(xué)英國倫敦大學(xué)物理系，師從安德雷德研究金屬單晶范性形變規(guī)律問題，1939年獲哲學(xué)博士學(xué)位。周如松1940年回國，先后在四川華西大學(xué)、四川北碚復(fù)旦大學(xué)數(shù)理系任教授，1945年后一直在武漢大學(xué)物理系任教授，并于1954年創(chuàng)建武漢大學(xué)金屬物理專門化和內(nèi)耗實驗室，并多次出任教研室主任。周如松長期擔任武漢大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會委員，1978年起任湖北金屬學(xué)會常務(wù)理事兼金屬學(xué)及金屬物理專業(yè)分會主任，湖北省物理學(xué)會第五屆常務(wù)理事，湖北省第五屆政協(xié)委員［3］。

周如松留英期間與同在倫敦大學(xué)留學(xué)的陳華癸結(jié)識。陳華癸，祖籍江蘇昆山，1935年畢業(yè)于北京大學(xué)生物系，畢業(yè)后留校任植物學(xué)家張景鉞（1895－1975）教授的助教。1936年由張景鉞推薦到英國倫敦大學(xué)細菌及熱帶病學(xué)院學(xué)習一年細菌學(xué)，隨后在英國倫敦大學(xué)注冊攻讀博士學(xué)位［4］，在英國著名的洛桑試驗站（Rothamated Experiment Station）細菌學(xué)研究室?guī)煆纳ｎD（H.G.Thornton）博士研究豆類 根瘤共系調(diào)整，到華中農(nóng)學(xué)院（現(xiàn)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)）任職并創(chuàng)建土壤及農(nóng)業(yè)化學(xué)系，1980年，以卓越的學(xué)術(shù)成就當選為中國科學(xué)院生物學(xué)學(xué)部委員（院士）［6］。1951年10月陳華癸加入中國民主建國會，1953年春陳華癸也介紹周如松加入民建會。雖屬不同專業(yè)，但兩人相互支持與幫助共同走過60個春秋。

學(xué)術(shù)成就

生固氮作用。1939年周如松、陳華癸兩人雙雙獲哲學(xué)博士學(xué)位，1940年6月輾轉(zhuǎn)回到中國昆明。陳華癸當即進入清華大學(xué)農(nóng)業(yè)研究所，任中華教育文化基金會研究員。周如松則繼續(xù)北進到成都，進入華西大學(xué)物理系任教授。當年年底，陳華癸應(yīng)中央農(nóng)業(yè)實驗所土壤肥料系之聘，任洛克菲勒基金會研究員，也來到成都［5］。1942年5月兩人喜結(jié)連理。陳華癸先后在北京大學(xué)農(nóng)學(xué)院、武漢大學(xué)農(nóng)學(xué)院任職，1952年院

晶體滑移的開創(chuàng)性研究工作

20 世紀20至40年代，晶體的研究是物理學(xué)中研究的熱門領(lǐng)域，20世紀30年代，關(guān)于晶體滑移面和滑移方向的實驗結(jié)論不一［7－9］。周如松在倫敦大學(xué)攻博期間，在導(dǎo)師安德雷德教授的指導(dǎo)下從事單晶體范性形變的研究，她和錢臨照共同進行高熔點鉬單晶滑移的研究［10］，在實驗和理論兩方面均獲得重要成果，對金屬單晶范性形變規(guī)律的早期研究作出創(chuàng)造性貢獻。

安德雷德、錢臨照和周如松首先提出溫度是影響體心立方晶體滑移面選取的一個重要因素并得到實驗證實，對當時的研究大有啟迪。周如松和安德雷德總結(jié)前人關(guān)于立方晶體的滑移方向和滑移面實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對體心立方晶體滑移面并不完全確定的問題，共同提出了金屬的熔點及其形變時的溫度可能影響體心立方滑移面的論斷，自行設(shè)計實驗裝置進行研究，實驗結(jié)果證實了他們的論斷。

1937年，安德雷德與錢臨照合作，選擇低熔點的鈉、鉀在 185℃，82℃，20℃溫度范圍進行滑移系統(tǒng)的測定，發(fā)現(xiàn)其在低溫時滑移面基本為（123）［11］。周如松和錢臨照按照安 德雷德對高熔點金屬描述的實驗方法：在高溫下讓導(dǎo)線接通電流并在金屬線的周圍置一個小電爐，這樣便產(chǎn)生一沿金屬線往下移動的局部溫度梯度，利用直徑為0.25 mm的金屬線制備出理想的鉬單晶。如圖1所示，透明熔融石英管A固定在黃銅帽B和B＇中，銅棒R和R′在銅帽之間，并附帶夾頭C和C′，金屬線被固定在夾頭上。頂部的銅棒可調(diào)節(jié)使金屬線始終保持拉緊狀態(tài)，用短玻璃管G支撐，螺帽S可轉(zhuǎn)動以控制銅棒。銅棒與B之間的連接處用橡皮套D做成真空密封，石英管外的小電爐F由金屬線懸掛并可控制降落。將仔細拋光后的金屬線放到裝置中，通以約5 A的電流，溫度固定在1 800℃。首先以比較金屬線在相應(yīng)溫度和室溫下的電阻的方法估算溫度，再計算由于輻射損耗而發(fā)熱的必然溫度。通過電阻率的測量，得出溫度在1 800℃左右，從輻射的計算中，得出溫度約1 500℃。用小電爐將金屬線加熱到較高溫度，金屬線溫度可利用電阻法和輻射法計算，但電阻法不利于估測溫差，在實驗中利用輻射法。溫度提高到1 000℃，測得晶體的高溫形變。晶體的滑移要素由勞厄照相法測定。把勞厄斑轉(zhuǎn)化為極射赤面投影，再旋轉(zhuǎn)極射赤面投影以得到簡單的圖形。在不同溫度（即1 000℃，300℃和20℃）下拉伸晶體，測量不同情況下的滑移面，得出在1 000℃下，滑移面為（110），在300℃和20℃下，滑移面為（112）；滑移方向始終為［111］方向［10］。

圖1 鉬單晶的制備裝置

這一實驗表明，高熔點金屬單晶的滑移面隨溫度的不同而不同，進而確定了溫度效應(yīng)的存在，同時證實了密集面與滑移面的選取無關(guān)。

錢臨照回國之后，安德雷德與周如松繼續(xù)合作，綜合當時已有的實驗結(jié)果，提出θ＝T（k）／Tm（k）可能是表征形變溫度對體心立方晶體滑移面選取的影響的一個參量，其中T（k）和Tm（k）分別是（絕對溫標下的）形變溫度和晶體熔點?；品较蚩偙３郑?11］方向的情況下，θ值取低值（0.08～0.24）時，滑移面為（112），鈉、鉬、鎢都如此；θ值增大（0.26～0.5）時，滑移面為（110），如鉬、鈉、β黃銅；θ值高達0.8左右時，滑移面為（123），鈉、鉀如此；但α鐵比較特殊，上述三種滑移面可以同時出現(xiàn)。

圖2 拉伸儀

對于鈉單晶，溫度從－185℃變到20℃，滑移面（112）、（110）和（123）順次改變，滑移方向始終為［111］，切應(yīng)力變化不明顯。此外，在拉伸晶體過程中，滑移面的間距會隨溫度的升高而顯著增大。對于相同的應(yīng)變，拉伸溫度越低，晶片轉(zhuǎn)動與形變硬化越顯著，表明晶體的形變硬化與晶片轉(zhuǎn)動密切相關(guān)［12］。

在實驗過程中，周如松和導(dǎo)師、錢臨照共同設(shè)計并制作了一臺適合于鈉、鉀在低溫下進行拉伸試驗的專用儀器，一臺既能低溫拉伸又能原位攝取X射線照片的照相機，改進了一臺鉬單晶生長爐。而且能夠?qū)崿F(xiàn)在這樣寬的溫度區(qū)間，系統(tǒng)細致地研究溫度對體心立方晶體滑移面選擇的影響，在當時是堪稱一流的［13］，解決了當時金屬物理學(xué)中備受矚目的問題。他們的研究成果發(fā)表在英國《皇家學(xué)會會報》上，得到了中肯的評述，并被權(quán)威著作所引 證［14－15］。在中國物理學(xué)史上寫下了濃濃的一筆。

其后，周如松又與導(dǎo)師一起共同提出了能表征形變溫度對體心立方晶體滑移面選擇影響的參量公式，提出了滑移面隨此參量增加而變化的規(guī)律。

攻堅位錯內(nèi)耗理論

1940年歸國后，周如松根據(jù)國際晶體研究的發(fā)展，開始關(guān)注“位錯的基本理論”和“位錯內(nèi)耗和其他弛豫過程”。在武漢大學(xué)物理系金屬物理專門化及相應(yīng)教研室的建設(shè)過程中，她進行了相關(guān)的授課和研究。

在“位錯的基本理論”方面，1959年，周如松開專題講授位錯模型及其理論背景，1962年，開設(shè)“范性與強度”專業(yè)課，次年編出教材，同時用浸蝕法開展位錯觀測的實驗研究。1983年起，周如松指導(dǎo)中年教師開展向錯的基本理論的研究，推導(dǎo)了平面相界上矩形向錯圈和其他向錯組態(tài)長程應(yīng)力場的表達式，這些工作填補了國內(nèi)在向錯研究方面的空白，受到錢臨照等物理學(xué)界老前輩的好評。

在“位錯內(nèi)耗和其他弛豫過程”方面，自武漢大學(xué)內(nèi)耗實驗室籌建后，周如松帶領(lǐng)師生利用真空扭擺內(nèi)耗儀，進行了含碳、氮的α鐵的冷加工內(nèi)耗峰的研究，詳細研究了含碳極低的α鐵的冷加工峰的振幅效應(yīng)，系統(tǒng)測量和比較了低碳低氮的α鐵冷加工峰的行為特點，并研究了銅對α鐵冷加峰的影響?！拔母铩焙?，周如松與師生一起重建內(nèi)耗室，制成中頻石英振子內(nèi)耗儀，并于1983年成功試制當時國內(nèi)第二臺磁降落儀，利用該儀器系統(tǒng)測量了稀釋鐵 氮合金在200～480 K寬溫區(qū)的磁后效現(xiàn)象，獲得了包括四個弛豫過程的完整磁弛豫譜，并由計算機模擬確定了弛豫參數(shù)，這樣完整的弛豫譜在國內(nèi)是首次報道［2］。

此外，周如松主編的《金屬物理》一書（上、中、下三冊）［16］于 1992年由高等教育出版社出版，該書1997年獲國家優(yōu)秀教材二等獎。

教書育人——丹心愿作護花泥

周如松在高教崗位上奮戰(zhàn)60余年，她為金屬物理學(xué)的發(fā)展及其人才的培養(yǎng)傾注了畢生心血。

1954年，高教部決定在武漢大學(xué)物理系設(shè)立金屬物理專門化，周如松帶領(lǐng)中青年教師從無到有開展一系列籌建工作。1957年，帶領(lǐng)年輕教師和研究生籌建內(nèi)耗實驗室，設(shè)計制造真空扭擺內(nèi)耗儀，開展含碳、氮的α鐵的冷加工峰的相關(guān)研究?！拔母铩焙?，周如松積極參與實驗室的重建，于1983年，以“體心立方金屬位錯內(nèi)耗”課題獲準第一批國家自然科學(xué)基金的資助，購置了真空倒擺內(nèi)耗儀、超聲內(nèi)耗儀和超聲衰減儀，并與師生一道成功試制當時國內(nèi)第二臺磁降落儀［3］。在周如松的帶領(lǐng)下，教研室穩(wěn)步發(fā)展并逐漸壯大。

周如松十分關(guān)心師資力量的建設(shè)和青年教師的培養(yǎng)?！拔母铩币郧?，她毅然把剛開講一遍的《金屬物理學(xué)》、《晶體缺陷》等比較高深的課程讓給青年教師，還把自己親手編寫、多年錘煉的全部講義送給他們參閱，這給予了青年教師有力的支持，使他們在教學(xué)實踐中迅速成長起來。在“文革”時期，周如松竟被誣陷為“腐蝕青年”，并受到百般折磨［17］，但她從未計較?！拔母铩边^后，周如松更加關(guān)心青年教師和科技工作者的成長，雖然體弱多病，仍悉心輔導(dǎo)和指導(dǎo)年輕人的工作。1982年冬，周如松積勞成疾，因肺炎和中度肺氣腫住進醫(yī)院，在普通病房連續(xù)輸液13天病情才得以控制。在此期間，物理學(xué)的幾位年輕教師的學(xué)術(shù)論文將在國際金屬物理學(xué)術(shù)會議上交流，但他們的英文水平有限，論文急需修改。周如松得知此消息后立即要來論文，聚精會神地修改起來，病情剛有好轉(zhuǎn)又再一次勞累，但她強撐病體硬是在會議前將全部論文修改完成［3］。

周如松同時非常重視金屬物理專業(yè)研究生的培養(yǎng)。她在指導(dǎo)研究生的工作中，特別強調(diào)英語的學(xué)習，一位39歲的研究生只懂俄語。周如松鄭重地對他說：“世界上的先進國家，多用英語發(fā)表論文，你一定要學(xué)好英語，從ABC學(xué)起，我來教?！敝苋缢蔀檫@位研究生擬定學(xué)習計劃、挑選教材，還特意送來英語錄音磁帶，還要求他堅持做習題，并親自批改和講解，3年中批改的英語練習和試稿竟有七八寸厚。在周如松的督促和指導(dǎo)下，這位研究生終于掌握了英語，為他進一步研究金屬物理創(chuàng)造了條件［17］。1986年4月，周如松派一位研究生前往南京大學(xué)聽一位奧地利著名位錯理論專家的講學(xué)。不少聽講者因內(nèi)容晦澀難以理解而中途離去，周如松的研究生聽課也很吃力，正在兩難之際，周如松給了他有力的支持。周如松想起之前看到的一本英國出版的專著，其中不少內(nèi)容與講學(xué)內(nèi)容相關(guān)，她不顧腰病，一字一行地翻譯起來。前一天譯好一章，第二天早上就掛號發(fā)出，為趕上這位研究生聽課的進度，周如松爭分奪秒，掛號信一封、兩封、三封……在不到兩星期的時間里，近9萬字的譯稿從武漢寄到南京。那位研究生捧讀著導(dǎo)師寄來的譯稿，竟激動得不禁抽泣起來，他信心倍增，白天聽課、夜晚消化，圓滿完成了聽課學(xué)習的任務(wù)［17］。

周如松一貫治學(xué)嚴謹，編教材，注意文字流暢，邏輯性強、可讀性強；做實驗，注重設(shè)計合理，結(jié)果可靠；寫文章，注意思路清晰、依據(jù)充分，分析討論合情合理，為此常逐字斟酌，幾易其稿；讀文獻，她總尊重同行的實驗結(jié)果與結(jié)論，決不輕率否定別人的成果［2］。周如松執(zhí)教一生，不僅獲得累累科研成果，而且培養(yǎng)了諸多金屬物理科技人才，更值得稱道的是她那謙虛熱誠的美德、甘為人梯的精神。周如松被贊譽為“珞珈山上的不老松”，但她喜歡用“丹心愿作護花泥”來表達自己。2003年三八婦女節(jié)中國物理學(xué)會專文報道了當時五位尚健在的最有成就的女物理學(xué)家，周如松名列其中。

周如松是20世紀30年代留學(xué)攻讀物理學(xué)并獲博士學(xué)位的學(xué)生中僅有的幾位女子之一，她留英期間取得了杰出的科研成果，歸國后一直在高校執(zhí)教，為高教事業(yè)傾注一生，并為金屬物理的發(fā)展作出了重要貢獻，可謂是金屬物理科學(xué)中的“女杰”。謹以此文紀念周如松誕辰百年。

（2012年2月29日收到）

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Heroine in Metal Physics：Y.S.Chow

YIN Xiao-dong①，ZHOU Jin-rui②
①AssociateProfessor，②MasterCandidate，PhysicsDepartment，CapitalNormalUniversity，Beijing100048，China

10.3969／j.issn.0253-9608.2012.04.010

（編輯：沈美芳）