张乾二：弄潮儿向涛头立（二）

仙仙

没有最好，只有更好
1982年，唐敖庆带领弟子们在20世纪60年代做的“配位场理论方法”，获国家自然科学奖一等奖（包括张乾二）。相关专著《配位场理论方法》一书，1979年由科学出版社出版。配位场理论是理论物理与理论化学重要的交叉学科，也是近代无机化学的理论基础。学术界惊叹该研究达到的深度与广度，当之无愧获国家自然科学最高奖。
在荣誉面前，张乾二并不满足，他觉得60年代由于时间限制，尚未获得群变换系数的封闭公式，还需要进一步研究。张乾二认为，真正能阐明客观世界的科学理论一定是简洁明了的，若研究结果是十分烦琐的，那说明还必须进一步研究，直至得到它最简洁的表示方法。
当时原子簇结构的研究是一个很重要的方向，卢嘉锡在物构所化学研究会做了题为《当今国际上原子簇发展的方向》的报告，国内特别是物构所做了很多原子簇方面的合成与它的理论研究。张乾二发现在原子簇结构理论方面，角动量理论方法可以发挥很大的作用。
张乾二从多面体分子出发，推导旋转群与点群之间的变换系数。他提出“共变基向量定理”，研究组进行一系列推导与计算，从转动矩阵元得出“轨道性格”的表示式，讨论了构造具有σ、π、δ等特征的多面体分子轨道、杂化轨道和定域分子轨道。张乾二带领研究生从八面体、立方体、十二面体、二十面体等正多面体入手，寻找正多面体群变换系数的一般公式，再用群的双陪集推导出计算旋转群—点群变换系数的闭合公式。研究组又从封闭硼烷多面体和碳烷多面体出发，讨论金属原子簇多面体的成键规则。
唐敖庆看到研究结果深感欣慰，觉得“青出于蓝而胜于蓝”。研究组撰写的专著《多面体分子轨道》，于1987年在科学出版社出版。1989年，张乾二、林连堂、王南钦、余亚雄、李湘柱、王银桂等，以“群论方法在量子化学中的新应用”获得国家自然科学奖二等奖，张乾二获全国教育系统劳动模范称号。
科研专啃硬骨头
价键理论与分子轨道理论是量子化学计算的两个主要流派。分子轨道理论在描述电子跃迁即动态行为方面简捷明了，而价键理论对分子静态性质如结构、成键特征及动态性质如键的形成与断裂描述，有分子轨道无可比拟的优越性，但随着计算机的兴起，由于价键理论的基函数难以计算机化，影响了它的发展。国内少有人涉足该领域，就是国外也很少人敢于挑战这方面的课题。
张乾二带领他的团队，试图将价键理论的应用建立在从头算的水平上。首先是解决价键理论的基函数表示，他带领第一位博士生李湘柱，提出“键表酉群方法”，解决了价键理论的基函数问题。接着要解决计算的烦琐问题，他带领第二位博士生吴玮提出一种对称群不可约表示矩阵的计算新方法：将不可约表示矩阵分解为3个矩阵相乘，其中两个是与群元无关的三角矩阵，另一矩阵可方便得到。
接着张乾二带领课题组攻克了“双粒子算符矩阵元约化”等一系列价键理论计算的难关，为计算机程序化扫清了道路。当时张乾二正身兼厦门大学化学化工学院院长与中科院物构所所长两要职，经常外出。为了与学生交流研究结果，他使用电话、传真等一切通讯工具，有时一个晚上通十几个电话。学生们说，他不仅是导师，而且还是“竞争者”，往往晚上推出的公式，第二天早上他又会有更新的结果。
世纪之交，张乾二课题组编写了价键从头算程序，这是国际上仅有的三个基于非正交基的价键从头算程序之一。与国外程序相比，该程序在计算速度、优化方法、界面友好等方面都具有明显优势，已提供给以色列、美国、荷兰、法国、德国等国外理论化学家使用，并已发表了几十篇论文。“价键理论新方法及其应用”2001年获得教育部高校自然科学奖一等奖。
主编：张藜
出处：《跨越时代的百位中国科学家》
授权方：中国科学技术出版社