卡文迪什实验室的建设和发展

一、卡文迪什实验室的建设和发展

剑桥大学的卡文迪什实验室是由一系列实验室、教室、会议厅、图书馆、办公室等组成的一个精心设计的物理教学和研究体系。该实验室不但设备齐全、功能完善，而且四周环境优美。作为世界最著名的物理实验室之一，卡文迪什实验室产生过29个诺贝尔奖获得者。作为实验物理学的鼻祖，卡文迪什实验室最早出现了学习做实验的系统教学课程，也出现了一批物理学领域的泰斗，还获得了电子、中子、脱氧核糖核酸双螺旋结构等领域的一批伟大的发现而彻底改变了人类对宇宙的认识。英国著名物理学家、卡文迪什实验室第一任主任詹姆士·克拉克·麦克斯韦指出：“我绝不会去劝阻一个人去尝试任何实验，如果他没有发现他希望看到的东西，也许他会发现一些其他的东西。”^[1]无疑，这正是剑桥卡文迪什实验室得以生存和发展的优秀传统。

卡文迪什实验室总是给研究人员很大的自主权，让他们自由地去发展各自独特的想法。只要正常的教学不受影响，而且这些想法有研究价值，实验室从来不为此过分担心。应该说，卡文迪什实验室通过自己对物理学研究的巨大贡献，不断改变着人们对物理学的认识。

（一）麦克斯韦时期（1871～1879）

詹姆士·克拉克·麦克斯韦是英国著名物理学家、数学家。在科学史上，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来是实现第一次大综合，而麦克斯韦把电、光统一起来是实现第二次大综合，因此，他与牛顿齐名。1850年，麦克斯韦到人才济济的剑桥大学求学，同年转入三一学院数学系学习。1854年，他以第二名的成绩获史密斯奖学金，毕业留校任职2年。1871年，他受聘为剑桥大学新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建卡文迪什实验室。从1874年3月起，他担任实验室第一任主任。当时，麦克斯韦的就职演讲吸引了剑桥大学所有科学名流的注意。然而，他的演讲不在剑桥大学评议厅举行，而是出人意料地在普通教室进行；而且，他演讲的对象是他将来的学生。在演讲中，麦克斯韦描绘了剑桥大学物理学未来的蓝图^[2]：

“大家熟悉的物理研究工具——钢笔、墨水和纸，已经无法满足我们的需要，除了桌椅和黑板，我们需要更大的空间。在教室，我们要结合经典的物理实验开始全新的教学课程；在实验室，我们要通过物理实验得出我们自己的结论。”

在麦克斯韦的主持下，卡文迪什实验室在开展科学研究实验的同时，也积极开展教学工作。按照麦克斯韦的主张，物理教学在系统讲授的同时，还应辅以实验，要求学生自己动手操作，因为实验可以加强学生的理论知识以便能很好地应用于实践。他强调指出：“这些实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比。学生用自制仪器，虽然会经常出毛病，但是他们却会使用仔细调整好的仪器，学到更多的东西。”^[3]从那时候起，使用自制仪器就成为了卡文迪什实验室的传统。他也经常让学生到实验室的工作间里自己制作精密仪器。他还专门设计了各种各样的实验设备，以训练学生的动手能力。在麦克斯韦的带领下，卡文迪什实验室进行了多种实验研究，例如，电磁和电磁波的传播速度，电学常数、欧姆定律、光谱和双轴晶体的精密测量等。因此，从麦克斯韦就职到卡文迪什实验室正式开始运作的3年中，他不但要计划和察看整个实验室的建设，还要按照他的教学思路给学生讲授热学和电磁学的课程。

1873年，麦克斯韦的《电学与磁学论》（A Treatise on Electricity and Magnetism）正式出版，立刻在世界科学界造成了巨大反响。这是一本集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中期以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁学理论体系。同时，麦克斯韦为实验室的设计做了大量极为细致的工作，精心打造世界上第一个专业物理实验室。1874年6月25日，英国《自然》杂志以《剑桥大学新物理实验室》为题对卡文迪什实验室做了详尽的介绍。麦克斯韦要求，每一个研究生在经过短期的实验技能培训以后，马上就开始各自的研究工作。

麦克斯韦在担任卡文迪什实验室第一任教授后，任命威廉·加尼特（William Garnett）为实验室的指导老师，他担任此职一直到麦克斯韦去世。加尼特的最大贡献是组建并发展了卡文迪什实验室的工作间，这就是剑桥大学工程系和剑桥大学著名的派伊电器公司的起始点。在实验室建立3年后，本科学生越来越多，加尼特开始教授他们一些基本的实验技能，学生们也根据自己的想法和需要去做实验。这就是卡文迪什实验室早期的实验教学和考试传统，一直流传至今。

麦克斯韦对卡文迪什实验室的贡献是巨大的。一方面，当时所有的研究计划都是在他的指导下起步的；另一方面，他的新的教学思路和发展规划为实验室后来的辉煌打下了坚实的基础。

詹姆士·威廉·瑞利

（二）瑞利时期（1879～1884）

剑桥大学意识到卡文迪什实验室的重要意义，

所以，在麦克斯韦去世后马上就聘请詹姆士·威廉·瑞利（James William Rayleigh）继任卡文迪什实验室的主任教授。

詹姆士·威廉·瑞利在声学和电学方面很有造诣，因为在气体密度的研究中发现了氩气而获得1904年度诺贝尔物理学奖。瑞利以严谨、广博、精深著称。他是在19世纪末达到经典物理学巅峰的少数学者之一，尤以光学中的瑞利散射和瑞利判据、物性学中的气体密度测量几方面影响最为深远。瑞利的研究领域虽然广泛，但几乎完全是在经典物理学领域。他一生发表了许多学术论文，1905年后发表的论文就有90多篇。他出版的《声学原理》（The Theory o f Sound）这本著作，至今被研究机械振动的声学工作者当做经典著作以及其他物理学者的重要参考文献。

1865年剑桥大学毕业后，瑞利留校任教，对教学尽心尽力。1879年，当他继任了卡文迪什实验室主任以后，发现实验室的实验设备奇缺，于是他向剑桥大学申请1 500英镑的经费以解燃眉之急。他还募集资金，为卡文迪什实验室添置了大批的新仪器，从而使实验室的科学研究设备得到充实。他还扩大了招生人数，把格顿学院和纽纳姆学院加以整顿，并批准招收女学生。

瑞利是注重严格定量研究的化学家之一，后人一直记住他的名言：“一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。”他在卡文迪什实验室精确地进行了银的电化当量研究，从而为电化学的发展做出了贡献。同时，他还对气体的化合体积及压缩性做了精密的定量研究。此外，他对光化学的研究也很有成就。在实验中，瑞利的作风极为严谨，对研究给果要求极为准确，并善于用简单的设备做实验而能获得十分精确的数据。

此外，瑞利还扩建了实验室的工作间，更重要的是他建立了系统的实验课程。这是卡文迪什实验室，也是剑桥大学第一个以教授和培养实验技能为目的课程，可以称为物理教学历史上的一个里程碑。这时，格雷兹布鲁克（R.T.Glazebrook）和肖（W.N.Shaw）被任命为实验室新的指导老师。他们一起完善了这种新的实验教学方法，并合写的关于物理实验的教学参考书在很长一个时期内被作为实验物理学的经典。整个实验教学课程由一系列精心设计的实验组成，学生事先就能得到十分详尽的实验安排，指导老师在上课时随时回答学生在实验过程中出现的任何问题。直到现在，卡文迪什实验室不仅一直保留这种实验教学的方法，而且实验的内容越来越丰富，时间安排得越来越合理。

瑞利担任卡文迪什实验室主任的时间是最短的，仅有5年时间。在他的主持下，卡文迪什实验室不但系统地开设了物理实验，而且拓宽了物理课程，建立了一整套物理考试制度。他认为，只有这样，实验室才能取得研究成果。瑞利还改革了卡文迪什实验室的教学，将学生分成几个不同的班级，并分别制定课程，逐渐形成了较为完善的实验物理教学和考试体制。瑞利对卡文迪什实验室的最大贡献就是实验室的扩建，他捐献了约5 000英镑的诺贝尔奖金。此外，他在卡文迪什实验室的5年里发表了多达50篇学术论文，并获得1904年的诺贝尔物理学奖，这使得卡文迪什实验室的科研实力在世界上第一次得到广泛认同。

（三）汤姆逊时期（1884～1919）

约瑟夫·约翰·汤姆逊

英国著名物理学家、电子的发现者约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）是卡文迪什实验室第三任主任。从剑桥大学三一学毕业后，他被任命为大学讲师。他在物理学方面具有很高的修养。1897年，汤姆逊在研究稀薄气体放电的实验中，证明了电子的存在，测定了电子的荷质比，因而轰动了整个物理学界，1906年荣获诺贝尔物理学奖，1916年担任英国皇家学会主席。他的著作很多，例如，《电与磁的现代研究》（Notes on Recent Researches in Electricity and Magnetism）、《电与磁数学基本理论》（Elements of The Mathematical Theory of Electricity And Magnetism）等。

1884年年底，年仅28岁的数学家汤姆逊被任命为卡文迪什实验室主任教授。他在实验室工作了33年，直到61岁退休。在汤姆逊任职的前期，卡文迪什实验室的工作人员非常少，研究课题却各式各样且领域很广。但是，汤姆逊通过气体和阴极射线来研究电学的思路以及科学家查尔斯·威尔逊（Charles Wilson）的早期工作，为卡文迪什实验室进入原子物理时代做好了准备。

汤姆逊既是一位理论物理学家，又是一位实验物理学家，他一生所做过的实验是无法计算的。在担任卡文迪什实验物理教授及实验室主任的35年中，他更新实验室，引进新的教授法，创立了一个极为成功的研究学派。首先，他通过自己的研究和体验，将实验室研究方向转为气体电磁学和微观物理学研究。因此，不仅发现了电子和α、β和γ射线，并且进行了正射线的研究，发明了质谱仪。其次，在发现电子等微观原子结构之后，将实验室从宏观物理学引向微观物理学研究，最终导致了新能源——原子能的发现。

汤姆逊对学生要求非常严格，要求他们在做研究之前必须学好所需要的实验技术，进行研究所用的仪器也要自己动手制作。他要求学生不仅是实验的观察者，更是做实验的创造者。在汤姆逊的领导下，卡文迪什实验室取得了很多物理学史上的开创性成就，从而使卡文迪什实验室成为了物理学的圣地，确立了在物理学界的学术地位。同时，实验室于1898年开始面向全世界招收优秀学生，吸引了世界各地的人才，对卡文迪什实验室的实验研究和科学发展做出了重大贡献，其中许多人后来成为了各个重要研究机构的学术带头人。在汤姆逊的学生中，就有16人获得诺贝尔奖。

剑桥大学1885年出台了对旧规章的修改方案，对卡文迪什实验室以后的发展产生了深远的影响。这个方案的规定使得英国其他大学以及其他国家的优秀学生有机会来卡文迪什实验室做研究，而他们所缴纳的学费又为实验室的运作和发展提供了稳定而充足的经费来源。1896年，卡文迪什实验室向南进行了一次扩建，一半的费用4 000英镑来自学生的学费，新的教室主要用来培养学生的基本实验技能。随着卡文迪什实验室的不断发展壮大，实验室的学生也越来越多了。因此，1906年实验室又向北进行了一次扩建。

19世纪90年代初，汤姆逊建立了剑桥物理学协会（Cambridge Physical Society）。它每两周组织一次活动，每次由一个或者两个学生就某个学术课题作一次报告，可以展示研究成果，也可以提出理论构想。每个学生都被要求在卡文迪什实验室期间至少要作一次自己所从事研究的报告。在每次报告后，大家还会对报告的相关内容进行自由讨论。

在汤姆逊时期，卡文迪什实验室运作得十分顺畅和高效。其中一个主要原因是汤姆逊对其他人的信任，在一定的财政限度内给予相当大的自主决定权。

（四）卢瑟福时期（1919～1937）

欧内斯特·卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福被公认为是20世纪最伟大的实验物理学家，在放射性和原子结构等方面都做出了重大的贡献。他是原子核物理学的开创者，他在核物理方面的发现在很大范围内有所应用，如核电站、放射标志物以及运用放射性测定年代。因此，他被称为“近代原子核物理学之父”，1925年当选为英国皇家学会主席。英国著名历史学家克里斯多弗·布鲁克（Christopher N.L.Brooke）曾这样评价道：“卢瑟福的成就以及个性使他成为剑桥大学历史上最为有名的人物之一。他的成就是被他杰出的天赋所激发出来的，他的工作和意志非常坚定。无疑，卢瑟福是剑桥大学伟大的实验物理学家。”^[4]

卢瑟福1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪什实验室，成为汤姆逊的研究生。他曾在加拿大麦吉尔大学、英国曼彻斯特大学任教。1919年，卢瑟福接替退休的汤姆逊，担任卡文迪什实验室主任。在他的领导下，实验室的研究方向转向了量子力学和核物理，所研究的元素的人工嬗变是物理史上的一个里程碑。他关于放射性的研究，确立了放射性是发自原子内部的变化，为开拓一个新的科学领域——原子物理学，做了开创性的工作。1919年，卢瑟福还发现了质子，做了用α粒子轰击氮核的实验。另外，他通过α粒子为物质所做的散射的研究，无可辩驳地论证了原子的核模型，把原子结构的研究引上了正确的轨道。卢瑟福的另一项重大贡献是人工核反应的实现。他发明的用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法，很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。

卢瑟福的讲课每周3次（周一、周三和周五），主要对象是物理专业的学生，课堂是对所有学生开放的。他讲述几十年来原子物理学的发展，讲课的风格和内容都很个性化。此外，每周三下午在麦克斯韦讲堂以物理学社的名义举行的学术交流活动，由卢瑟福亲自主持，一般会邀请卡文迪什实验室外的著名教授和学者来演讲，各系师生可以借此机会共同进行探讨。总之，在卡文迪什实验室，卢瑟福以杰出卓越的领导和无与伦比的智慧赢得了所有人的敬仰和爱戴。

卢瑟福善于发现人才和注重对年轻人的培养，凭借敏锐的洞察力和丰富的经验，吸引了许多优秀人才。在他的助手和学生中，先后获得诺贝尔奖的多达11人。彼得·卡皮查（Peter Kapitza）就是一个很好的例子，他曾在卢瑟福领导下工作了14年。在卢瑟福的培养下，卡皮查在高强区电磁场和低温物理方面做出了巨大贡献，1978年获得了诺贝尔物理奖。后来，他成为剑桥大学教授，并当选了英国皇家学会成员。1937年，卢瑟福去世时，卡皮查万分悲痛。他在悼文中这样写道：

“卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且也是一位伟大的导师，在他的实验室中培养出如此众多杰出物理学家，恐怕没有一位同时代的科学家能与卢瑟福相比。科学史告诉我们，一位杰出科学家不一定是一位伟人，而一位伟大的导师则必定是伟人。”

卢瑟福一生发表了200多篇论文和3本专著。他的学生彼得·卡皮查曾这样回忆道：“卢瑟福勤奋地工作，总是在研究新的课题，他正式发表的科研成果只是他工作的百分之几。至于其余的研究，有的甚至连他的学生都不知道。”^[5]在卢瑟福担任主任教授的18年里，卡文迪什实验室被公认为全世界科学研究的中心，其声誉达到前所未有的高度。这既是卢瑟福一生中最辉煌的年代，也是卡文迪什实验室的黄金时代。

（五）布拉格时期（1938～1953）

威廉·劳伦斯·布拉格

1909年，威廉·劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg）进入剑桥大学三一学院学习。1912年，他开始研究马克斯·范·劳厄（Max van Laue）发现的X射线衍射现象，并于11月在《剑桥哲学学会学报》上发表了关于这个课题的第一篇论文。布拉格年仅25岁时就获得了诺贝尔奖，成为历史上最年轻的诺贝尔物理学奖获奖者。

布拉格作为卢瑟福的继承人，于1938年正式被任命为卡文迪什实验室的主任教授，在任15年。在担任卡文迪什实验室主任后，布拉格放弃了实验室原来注重的核物理学方向，而支持固体物理学方向，鼓励发展生物物理学、天体物理学等交叉学科，为实验室开拓了新的研究方向。因此，他在综合与组织不同学科领域的科学研究方面做出了巨大的贡献。

布拉格是X射线衍射分析法（X－ray Diffraction Analysis）的创始人之一。他领导实验室对金属、合金、硅酸盐和蛋白质等进行了更加细致的研究。这项工作先是在剑桥大学的卡文迪什实验室进行，后来他在皇家研究所戴维－法拉第实验室时继续了此项研究。这项研究获得了巨大成功，第一次确定了生命物质极其复杂的分子结构。由他直接或间接领导的几个科学领域都取得了革命性的重大突破，为新的科学的产生和发展奠定了基础，其中最著名的是脱氧核糖核酸（DNA）双螺旋结构的发现。

另外，布拉格十分重视教育工作，受他培养的以及与他合作的各国学者近百人。二战后，布拉格改进了卡文迪什实验室的教学，形成良好的学术环境和氛围，在注重教学和实验相结合的前提下，将研究和教学结合起来，让研究人员也参与授课，并在教学过程中展开研讨和培养创新能力。因此，卡文迪什实验室又在分子生物学和射电天文学这两个新兴学科领域取得了辉煌的成果。

在20世纪前半期，卡文迪什实验室以无可争议的主导地位，作为全世界原子物理的研究中心闻名于世。然而到了布拉格时期，卡文迪什实验室在原子物理领域的主导地位已经慢慢丧失。在这种情况下，布拉格以其惊人的智慧和对科学天才的预见性作出了判断，全力开拓分子生物学和射电天文学两个研究方向，并取得了巨大的学术成就，再一次把卡文迪什实验室推上了世界科学的巅峰。

内维尔·弗朗西斯·莫特

（六）莫特时期（1954～1971）

内维尔·弗朗西斯·莫特（Nevill Francis Mott）是英国著名物理学家。1927年在剑桥大学获硕士学位。1936年当选为英国皇家学会会员。莫特早期研究量子碰撞理论，随后转入固体物理学的研究，包括金属导体、离子晶体、半导体等方面广泛的课题。特别是和琼斯（H.Jones）、格尼（Ronald Wilfrid Gurney）一起以鲜明的物理图像，从理论上综合阐明了十分丰富的固体物理现象，对现代固体物理学的形成和发展具有重要的影响。

二战后，莫特和他直接影响下的一些科学家主要研究晶体缺陷及其对力学性质的影响，做出了很重要的贡献。在这个时期，他还提出后来被称为“莫特转变”，即“金属——绝缘体转变”的最初概念。自20世纪60年代起，莫特致力于发展无序体系及非晶态物质的电子理论，他的工作有力地推进非晶态物质的研究。由于他对非晶态物质研究的贡献，因而获得1977年诺贝尔物理学奖。

1954年，莫特担任卡文迪什实验室的主任。尽管当时卡文迪什实验室在世界科学界已有崇高的地位，但他还是清醒地认识到世界上还有很多优秀的物理实验室。1957年，物理化学系的博登实验室（F.P.Bowden’s Laboratory）并入卡文迪什实验室，并带来了5万英镑的科研经费。2年以后，又成立了理论物理组，从此理论物理学家和实验物理学家可以进行协同研究。

20世纪50年代，在莫特的领导下，卡文迪什实验室将研究方向转向液态金属、半导体以及玻璃半导体，并进行了许多有影响的研究，在科学史上留下了不可磨灭的功绩。^[6]莫特在教学和研究上实行了学科组的方法，在保留原先晶体实验组、射电天文组和电子显微镜组的同时，增加流体物理组、气象物理组、表面物理组、流体金属组等新学科小组。在保持高能物理学和射电天文学这些优势学科外，积极发展了以表面物理和流体金属为代表的半导体和超导体物理学研究方向。这种学科组的教学和研究方法，即使研究生能够更加有针对性地学习，使研究者有更加明确的研究方向，又为科学研究与企业相结合提供了更好的沟通条件。例如，气象物理研究与气象观测站联系，为气象预测服务；半导体和超导体物理小组与电子企业联系，为微电子技术的研究和工业提供服务。这无疑开创了实验室研究与企业生产结合的先例。

在这一时期，卡文迪什实验室在射电天文学和分子生物学这两个新领域得到了长足的发展。由于分子生物学发展异常迅速，1962年由医学研究理事会出资建立了一个独立的实验室，从此分子生物学从卡文迪什实验室分离出来。到2005年，分子生物学实验室已有13人获得诺贝尔奖。

（七）皮帕德时期（1971～1984）

阿尔弗雷德·B·皮帕德

阿尔弗雷德·布赖恩·皮帕德（Alfred Brian Pippard）爵士是英国著名物理学家，英国皇家学会会长。他在1946年至1950年任剑桥大学物理学助教，1950年至1959年担任物理学讲师，1959年至1960年任物理学教授，1960年至1971年担任约翰·汉弗莱·普卢默物理学讲座教授。除了在科学杂志上发表论文以外，皮帕德还撰写了许多部论著，包括《经典热力学基础》（Elements of Classical Thermodynamics：for Advanced Students of Physics，1957）、《传导电子动力学》（Dynamics of Conduction Electrons，1962）、《振动物理学》（The Physics of Vibration，1978—1983）等。

从1971年至1984年，皮帕德担任卡文迪什实验室主任，并兼任剑桥大学克莱尔学院院长、荣誉院士。在整整一百年之后，这个教授职位的名称正式从“实验物理学教授”（Professor of Experimental Physics）改为“物理学教授”（Professor of Physics）。这表明卡文迪什实验室对于整个物理学的发展有了更加广泛和普遍的意义。

皮帕德任职后，便开始了20世纪70年代初卡文迪什实验室的西迁，从剑桥市中心迁往剑桥西部（West Cambridge）。西迁以后，新的实验室为教学和研究提供了足够的空间，因而实验室得到了更加迅速的发展。不久之后，实验室又顺利再次扩建。为了让本科生能够有机会进入实验室，还专门为本科生建了一个实验室。

皮帕德主张对自然科学荣誉学位考试进行重大调整，还主张对教育模式进行改革，即把3年的大学学位课程改为2年，提出学生在4年的大学生涯中可以有很多的时间来接受专门的实验训练。此外，皮帕德透彻而引人入胜的讲解方式，不仅使得他经常在国际会议和学校暑期课程上作主题演讲，而且也表现在卡文迪什实验室和克莱尔学院的课堂上。他化繁为简的风格，不仅体现在对实验结果的讲解上，而且也体现在设计巧妙的实验方法上。他往往用极为简单的实验器材就可以获得高精度的实验结果，他也经常教会学生如何用简单的方法来攻克实验中的难题。因此，皮帕德在卡文迪什实验室很快就成为了一位杰出的科学家和学术带头人。

（八）爱德华兹时期（1984～1995）

塞缪尔·弗雷德里克·爱德华兹（Samuel Frederick Edwards）是英国著名理论凝聚态物理学家。1949年在剑桥大学冈维尔和凯斯学院获硕士学位。早在1958年，爱德华兹就开始研究凝聚态物理学，并且一直从事复杂材料的理论研究，例如，聚合体、凝胶体、胶体等复杂的高分子材料。1972年，爱德华兹到剑桥大学卡文迪什实验室任教授；1983年至1995年，担任卡文迪什实验室第八任主任。1992年至1995年，爱德华兹担任剑桥大学副校长。

爱德华兹早期从事电动力学和量子场论研究，后来将量子场论的概念和方法应用到固体物理和化学物理的各种问题上，包括液态金属、涡流、高分子物理及非有序磁性系统。他的最新研究领域包括粉末材料及玻璃的流动、拉胀性、神经网络的信息传递等。他在理论高分子物理方面的学术成就尤为突出，其标志就是国际公认的“爱德华兹哈密顿量”的问世。

（九）弗兰德时期（1995年至今）

理查德·亨利·弗兰德（Richard Henry Friend）是英国著名实验物理学家，剑桥大学圣约翰学院院士。他的研究领域主要是物理学和碳半导体工程学。从1995年起，弗兰德担任剑桥大学卡文迪什实验室第九任主任。他还是剑桥大学跨学科合作研究（Interdisciplinary Research Collaboration）纳米技术调查负责人之一，剑桥大学显像技术（Cambridge Display Technology）和塑料逻辑公司（Plastic Logic）创办人之一。从事相关技术和运用的研究，这也是剑桥大学科学技术产业化非常成功的一个典范。

弗兰德已经发表了超过600篇学术论文和著作，并且拥有20多项专利。他在实验中发现，有机聚合物在电场中可以发光，这个将电转化成光的新途径为有机聚合物的应用开辟了广阔的前景。由于有机材料的特点，可以很容易地调节半导体的能隙和功函数，提高发光效率，改变光的颜色。现今，用有机材料制造的电致发光、像素显示、信息存储等方面的产品已经进入市场。弗兰德在担任卡文迪什实验室主任之后，还尝试使用特殊塑料代替半导体材料做电子芯片的先驱，这项技术给业界带来一场革命。

现今，在弗兰德的领导下，卡文迪什实验室作为世界一流大学著名实验室，一共有16个重要的研究组：天文物理组、生物物理组、几何代数研究组、高能物理组、推理研究组、超导研究中心、低温物理组、微电子研究中心、微结构物理组、光电子组、固体物理与化学组、聚合体与胶体组、量子物质组、半导体物理组、表面物理组、凝聚物质理论组等。另外，超导研究中心是一个跨学科的研究所，除了物理系的研究人员，还有材料系、化学系等一些相关实验室的研究人员；日立剑桥实验室（Hitachi Cambridge Laboratory）是日本日立公司和卡文迪什实验室微电子研究中心合作建立的实验室，从事尖端微电子技术的研究。进入21世纪以后，卡文迪什实验室与其他系合作，加强了在纳米技术、物理医学等诸多领域的研究。