前言
在本刊第12期（2021年11月）及第14期（2022年3月）的通訊中，我們分別介紹了楊振寧教授和高錕教授兩位諾貝爾物理學獎得獎者的卓越成就，他們倆與香港的密切關係，以及他們在香港的生活片段。
今期，我們將介紹另一位與香港淵源深厚的諾貝爾物理學獎得獎者—崔琦教授，談談他在薄膜的電氣特性、半導體微觀結構和固態物理方面的傑出貢獻，以及他在香港的中學生活。
崔琦教授
1998年諾貝爾物理學獎得獎者崔琦教授曾在諾貝爾基金會出版的自傳中提到[1]：「我傾向於將我的生活分為三個階段：在中國中部河南省一個偏遠村莊的童年時光、在香港的求學時段，以及來美國上大學後的歲月。」
在偏遠村莊的童年時光
1939年2月28日，崔琦於河南省一個名為范莊村的窮鄉僻壤出生。那年抗日戰爭尚未結束，范莊村飽受乾旱、洪水和戰爭的摧殘。
和當時大多數村民一樣，崔琦的父母目不識丁，從來沒有機會讀書識字。然而，即使在乾旱多發、烽火連天的艱苦日子裡，崔琦的父母仍竭盡全力照顧好孩子。崔琦在他的自傳中說[2]：「他們因文盲而受苦，他們的苦難使他們決心，即使付出一切代價，也不要讓孩子走上同樣的道路。」
崔琦在當地上小學，十歲畢業。由於附近沒有中學，他不得不輟學在家，幫父母幹農活，直到 12 歲。1951 年初，他的父母作了一個艱難的決定，就是把他送到香港，一個連他們都不知道有多遠的地方，接受更好的教育。遺憾的是，崔琦的父母在 1950 年代和 1960 年代相繼去世，自此一別，即成永訣。
在香港的求學時期
在香港，崔琦開始感受到學習的樂趣，並與他人建立起深厚且長久的友誼。對崔琦來說，香港更像是他的家，他說：「家不一定指房子。家是一種溫暖的感覺，而不是一個地方。」[3]
崔琦離鄉，隻身遠赴香港投靠兩位姐姐，時年12歲。到港後，他重讀小六，首先要克服的就是學說廣東話。可幸的是，他的同學主動向他伸出友誼之手，接納他，幫助他，還跟他一起參加課外活動。翌年，他入讀著名的香港培正中學。該校以自然科學科目著稱，不少知名科學家，如丘成桐、卓以和、蕭蔭堂、沈呂九都是這所中學的畢業生。當時的學校老師，正如崔琦所說，可謂「資歷超標」，皆因他們都來自中國的頂尖大學如北京大學，足可以獨當一面，成爲傑出的學者和科學家。
崔琦感慨道：「然而，戰爭動盪卻迫使他們蟄居香港，任教高中。他們在教學上可能不是最好的老師，但他們的智慧和遠見卻啟發了我們。就連他們漫不經心的一席話，以及他們回憶在北京大學的歲月，都給我們留下了不可磨滅的印記。我想，正正是他們在無意中，讓我們這群即便生活在高度商業化城市的學生，可以不受金錢框架的限制，將探索人類知識的新領域視為一種智力上的回報和具有挑戰性的追求。」[4]
崔琦在培正中學與同學度過了愉快的時光，他們猜考題、為老師起外號、甚至到荃灣的荔枝園偷荔枝等。在1957年的畢業紀念冊中，同學們對他的贈言是：「六尺身材堪謂高，天賦英聰功課好；兼長國、英、數，日常小事卻糊塗，五毫當一毫。寫字時筆墨飛舞，筆迹字體有如亂草；指揮音樂，南拳北腿如比武；歌聲動人，姿勢美妙夠風度，愛班之寶，基督虔徒。」[5]，培正小學退休校長張廣德亦指崔琦給別人的印象是一位沒架子的謙謙君子。
崔琦給別人的印象是一位沒架子的謙謙君子
1957年崔琦從培正中學畢業。他以優異成績通過高中畢業考試，卻決定放棄入讀國立台灣大學醫學院，報讀由香港政府設立，為期兩年的特別預科班，備戰香港大學（港大）入學試。在當年，中文中學的畢業生要考上港大絕非易事，因爲那時香港中文大學等大學尚未成立，港大是香港唯一的大學，在校生約4000人，約佔當時香港人口百分之0.1。
在努力備考的同時，遠方傳來振奮人心的消息：楊振寧和李政道同獲1957年諾貝爾物理學獎。這則喜訊深深地影響了包括崔琦在內的那一代華裔學子，更堅定了他們學習物理的決心。1958 年暮春，崔琦獲得了所屬教會牧師的路德會母校 — 美國伊利諾州羅克島奥古斯塔納學院的全額獎學金，在該學院度過了三個年頭。崔琦把那三年描述為他一生中最美好的三年，因為他可以自由地閱讀、學習、思考，以自己的節奏深思他的路德信仰，並第一次對自己過往所經歷的種種有所體會。
在美國的歲月
崔琦曾對一群修讀理科的港大學生說：「求學就像旅遊觀光，觀光點景致優美，那都是前人預先修好，讓您一一欣賞的。但那只是觀光，做研究可不是這樣，必須自己去走。那邊的風光很美，很值得去看，但該如何前往？還沒有路，還沒有人走過，確有點冒險，但那才是有趣之處。」[6] 1961 年，崔琦從美國歷史最悠久、最著名的學術榮譽學會之一的Phi Beta Kappa 畢業後，即追隨高中時代兩位榜樣—楊振寧和李政道的腳步，進入芝加哥大學鑽研物理，並在那兒遇到他的啟蒙導師史達克教授。史達克教授是固態實驗物理學家，他聘任崔琦為研究助理，協助他建立實驗室，後來更形容崔琦為在他所有畢業生中「唯一被我視爲兒子的人」。 崔琦很早就知道自己想從事實驗物理學，但卻缺乏設立大規模實驗裝置的能力。在史達克教授的指導下，他在實驗室裡作各種嘗試，並從頭學起：從工程繪圖、焊接、機械加工、設計到實驗室儀器的建造和施工。1967 年，崔琦取得博士學位。留在芝加哥大學進行了一年的博士後研究後，於 1968 年加入著名的貝爾實驗室，成爲一名固態物理學研究員，專長是半導體研究。 崔琦並沒有涉足半導體物理學的主流主題，如光學、高能帶結構或其在器件中的應用，反而埋首於一個名為「二維電子系統物理」的新領域研究。他與霍斯特．斯托爾默在貝爾實驗室的合作，為物理世界帶來突破性的見解，震撼所有物理學家，讓我們對微觀量子系統有了新的認識。 他們共同研究了由美國物理學家埃德溫．霍爾於 1879 年發現的霍爾效應。霍爾效應指當電流在存在垂直磁場的情況下，通過導電材料薄片時，垂直於電流和磁場的方向會產生附加電場，從而產生電壓，即霍爾電壓。通常，霍爾電壓和霍爾電阻（霍爾電壓與電荷載流子密度與電流的比值成正比）與磁場強度成正比。由於利用霍爾效應也為檢測各種材料中的電荷載流子密度方法便捷，時至今日，這方法仍常用於物理實驗室。1980 年，德國物理學家克勞斯．馮．克利欽在研究半導體處於極低溫和強磁場下的霍爾效應時發現，即使逐漸增加外加磁場的強度，電阻的相應變化也會以離散的步驟或跳躍的方式發生，以表現出量子特性。因爲這一發現，馮．克利欽獲得1985年諾貝爾物理學獎。 崔琦和斯托爾默通過研究在絕對零以上僅十分之一攝氏度的溫度（約攝氏零下 273度）和極強磁場（相當於地球磁場強度的一百萬倍），進一步探索了量子霍爾效應。他們發現，霍爾電壓不僅從一條平滑線變為階梯或量化效應，而且每一步都分為三等分。這種分裂可以解釋為電子凝聚成一種比固態更硬的新型量子流體。然而，這種被稱為「分數量子化」或「分數化」的霍爾效應，物理界直到 1983 年才用現有的理論來作解釋。1983 年，羅伯特．勞克林提出了他對這一發現的解釋，認為在強磁場中，電子會凝聚並產生一種量子流體，可以在其中觀察到它們的分數電荷。分數量子霍爾效應的發現讓崔琦、斯托爾默和勞克林三人一起獲得了 1998 年的諾貝爾物理學獎，「因為他們發現了一種具有分數電荷激發的量子流體的新形式」。 1982 年 2 月發現分數量子霍爾效應後不久，崔琦決定離開貝爾實驗室，擔任美國普林斯頓大學Arthur LeGrand Doty電機工程學的講座教授。他在普林斯頓大學一留 28 年，直至 2010 年退休。 崔琦說：「許多朋友和同事都問我：『你為什麼選擇離開貝爾實驗室去普林斯頓大學？』即便在今天，我也不知道答案。究竟是否與我小時候所錯過的學校教育有關？也許吧。又或許是我心中的儒家思想，獨處時所聽到的那個微弱聲音，告訴我要學習的人生才是有意義的人生。還有什麼比通過教學更好的學習方式呢？」[7] 1999年年底，這位美籍華裔物理學家和夫人回到母校培正中學，與學生分享自己的故事，同時把一枚鍍金的諾貝爾物理學獎的獎章贈予母校，以報學校培育之恩。即使今天，那枚獎章還擺放在校史室的顯著位置。根據培正中學的資料，當日上午11時，學生齊集小學大禮堂，參加「與崔琦學長敘談」座談會，席間有學生以自己物理考試只得36分為例，向崔琦討教學物理的秘訣。「有時候考得不高分也不要失望，考取好成績是需要技巧的。學習也沒有什麼秘訣，但要實實在在明白所讀的內容，這是要時間的。」當日能與崔琦交談的幾位學生表示：「沒想到可以與他這麼近距離地接觸，可以坐在他身旁。」「好像做夢一樣……」在他們心中，這位學長「隨和、樂觀、樸實……」。很多培正校友相信「崔琦效應」將令培正中學學生更愛科學，可謂影響深遠。
「與崔琦學長敘談」座談會
崔琦和夫人與一衆培正校友合照
崔琦贈與培正中學的鍍金諾貝爾物理學獎章
1998年，在香港成長的華裔科學家崔琦榮獲諾貝爾物理學獎。喜訊傳來，本地報章廣泛報道，紛紛恭賀他摘下科學界其中一項頂尖殊榮，而崔琦回到母校的點點滴滴，培正校刊亦有詳盡報道，足見崔琦獲獎，不但為香港及崔琦母校帶來喜悅和鼓勵，也為本港科研注入新動力。
多份報章刊登崔琦獲得諾貝爾物理學獎的喜訊
培正校刊
然而，名聲對他真的重要嗎？著名節目主持人楊瀾憶述：「我在普林斯頓大學採訪崔琦時，問了一個誘導性問題：『如果當年你母親不堅持把你送走去上學，今天的崔琦會是怎樣呢？』我當時期待的答案是：『知識改變命運。』但崔琦回應卻是：『我寧願是一個不識字的農民，只要我的父母不至於餓死。』」[8] 或許對某些人來說名聲很重要。但對崔琦來說，或許人與人之間的情誼和聯繫才最值得珍惜！
Reference:
- The Nobel Prize in Physics 1998. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. 29 Mar 2022, from https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1998/tsui/biographical/
- The Nobel Prize in Physics 1998. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. 29 Mar 2022, from https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1998/tsui/biographical/
- 傑出華人系列 — 崔琦, 香港電台, 2005年12月24日播出
- The Nobel Prize in Physics 1998. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. 29 Mar 2022, from https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1998/tsui/biographical/
- Shui-yin Lo, James Shui-ip Lo, & Cheuk-yin Wong. (1999). Joy Of The Search For Knowledge, The: A Tribute To Professor Dan Tsui. World Scientific.
- 傑出華人系列 — 崔琦, 香港電台, 2005年12月24日播出
- The Nobel Prize in Physics 1998. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. 29 Mar 2022, from https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1998/tsui/biographical/
- Interview with Yang Lan. Retrieved 29 Mar 2022, from https://www.ixigua.com/6821065266982552075.