趙忠賢：探尋超導世界“新高度”

◎ 本刊記者 劉 辰

趙忠賢：探尋超導世界“新高度”

◎ 本刊記者 劉 辰

艱苦歲月，堅守科研

趙忠賢1964年從中國科技大學畢業(yè)分配到中國科學院物理研究所，在他的回憶里當時的科研條件是艱苦的，卻又是快樂的。這段求學經(jīng)歷讓趙忠賢在日后的科研中學會了如何在最艱難的條件下堅持科研，如何在設(shè)備差、經(jīng)費少的情況下依然把科研成果做得漂亮。

20世紀80年代，趙忠賢在科研條件極其簡陋的情況下開始研究銅氧化合物超導體。由于當時國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，無法買到高純度的原料，所用的原料雜質(zhì)很多，在復現(xiàn)70K超導跡象的過程中，趙忠賢最早注意到雜質(zhì)對超導實驗結(jié)果的影響，判斷一些雜質(zhì)對超導發(fā)揮了作用。他于是主動“引入雜質(zhì)”，在綜合考慮有關(guān)想法的基礎(chǔ)上建議并堅持的“在Ba基的、多相的體系中，用Y取代La”的方案取得了基本共識并得以實施。

同行們評價趙忠賢時總要提到他的“特殊能耐”——他總能利用一切可利用的資源，把科研先做起來。

超導不“高冷”

超導被認為是20世紀最偉大的科學發(fā)現(xiàn)之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，即超導轉(zhuǎn)變溫度以下時，電阻突然消失的現(xiàn)象。具備這種特性的材料稱為超導體。

超導體在航空航天、信息通訊、能源存儲等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景。國內(nèi)已經(jīng)有電廠使用超導技術(shù)，在國外，德國利用高溫超導磁體的渦流加熱技術(shù)，將鋁材熱加工的電能轉(zhuǎn)化效率提高30%。一旦超導技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，將為人類創(chuàng)造相當可觀的效益。日本已計劃在2027年開始運行采用超導的時速500公里的磁懸浮列車新的新干線。自1911年人類發(fā)現(xiàn)超導以來，諾貝爾獎已5次頒發(fā)給10位研究超導的科學家。

經(jīng)過這么多年全世界數(shù)代科學家的努力，超導研究中最重要的兩個問題一直待攻克：怎樣找到臨界溫度更高、更適于應(yīng)用的超導體？超導體為什么會超導，它的機理到底是什么？這也是趙忠賢眼中中國超導未來的發(fā)展方向。

2016年9月，我國研制出全球首根百米量級鐵基超導長線。這一消息在業(yè)內(nèi)引起極大的轟動。它被認為是鐵基超導材料從實驗室研究走向產(chǎn)業(yè)化進程的關(guān)鍵一步，在美、日、歐等國家的鐵基超導線制備還處于米級水平的時候，我國已走在世界最前沿。這一切，與中科院院士、物理學家趙忠賢八年前在鐵基高溫超導研究上實現(xiàn)的突破是分不開的。

半個世紀以來，趙忠賢的名字一直與我國超導發(fā)展緊密相連。他在我國最早提出要探索高溫超導體；最早建議成立國家超導實驗室；他在高溫超導研究出現(xiàn)的兩次重大突破中都作出了重要貢獻，代表中國站到國際物理學界的大舞臺；他的研究成果曾兩次獲得科技界最受矚目的榮譽之一國家自然科學獎一等獎……

“北京的趙”蜚聲學界

1987年，趙忠賢的研究推翻了傳統(tǒng)理論，向世界證明超導臨界溫度可以超過40K。一時間，世界物理學界震動了。“北京的趙”出現(xiàn)在國際著名物理學刊物上……

人性，顧名思義，指人的本性，英文是humanity,含義是指作為人應(yīng)有的正面、積極的品性。所謂“人性化”就是在提供服務(wù)之前，考慮到我們所提供的服務(wù)，其使用者是人，而人性化服務(wù)，就是在服務(wù)中把“以人為本”作為服務(wù)指導思想，服務(wù)活動中體現(xiàn)人性、給予人情味，人的尊嚴受到重視，人的價值得以充分實現(xiàn)與發(fā)揮，追求的目標達到滿足人的需求，實現(xiàn)人文關(guān)懷，創(chuàng)造完美與和諧的社會作為服務(wù)活動的最終目的。

1986年，歐洲科學家柏德諾茲和繆勒發(fā)表了鑭—鋇—銅—氧體系可能存在35K超導的工作。當時國際超導主流尚未認可這篇論文，而趙忠賢和其他少數(shù)幾個學者對柏德諾茲和繆勒的論文產(chǎn)生了興趣。該文中提到的“楊?泰勒”效應(yīng)與趙忠賢1977年文章中提到的“結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性又不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相變會導致高的超導溫度”產(chǎn)生共鳴，促使他立刻組織團隊。在科研條件相對簡陋的情況下，開始研究銅氧化合物超導體。

從1911年荷蘭物理學家卡麥林?昂尼斯在汞研究中偶然發(fā)現(xiàn)超導電性開始，超導研究一直吸引著全世界物理學界的目光。麥克米蘭根據(jù)1972年諾貝爾獎的BCS理論計算，認為超導臨界溫度不大可能超過40K（約零下233攝氏度），他的計算得到了國際學術(shù)界的普遍認同，40K也因此被稱作“麥克米蘭極限”。為了突破40K麥克米蘭極限溫度，世界各國的科學家多年以來不斷嘗試，趙忠賢做到了。1986年底，趙忠賢團隊和國際上少數(shù)幾個小組幾乎同時在鑭—鋇—銅—氧體系中突破了麥克米蘭極限，獲得了40K以上的高溫超導體。

趙忠賢的研究成果向全世界證明超導臨界溫度是可以超過40K的。趙忠賢被稱為 “北京的趙”，出現(xiàn)在國際著名物理學刊物上。

此后，仍在北京的實驗室里埋頭苦干的趙忠賢“乘勝追擊”——1987年2月19日深夜，他的團隊獨立發(fā)現(xiàn)了臨界溫度93K的液氮溫區(qū)超導體，并在國際上首次公布其元素組成：釔—鋇—銅—氧。這一突破性的發(fā)現(xiàn)讓趙忠賢團隊因此榮獲1989年度國家自然科學獎一等獎，他也作為團隊代表獲得了第三世界科學院物理獎。

時隔20余年再掀高潮

2008年，趙忠賢帶領(lǐng)團隊將鐵基超導體的臨界溫度提高到50K以上，創(chuàng)造了55K的紀錄并保持至今，實現(xiàn)了高溫超導研究領(lǐng)域的第二次突破……

趙忠賢提出了高溫高壓合成結(jié)合輕稀土元素替代的方案，帶領(lǐng)團隊很快將鐵基超導體的臨界溫度提高到50K以上，創(chuàng)造了55K的紀錄并保持至今，為確認鐵基超導體為第二個高溫超導家族提供了重要依據(jù)，實現(xiàn)了高溫超導研究領(lǐng)域的第二次突破。在這期間，他以67歲的年紀3次帶領(lǐng)年輕人幾乎通宵工作，完成了初期最關(guān)鍵的3篇論文。

趙忠賢的鐵基超導研究得到了國內(nèi)外的高度評價。美國《科學》雜志3次報道趙忠賢小組的工作，予以充分肯定。趙忠賢小組的成果作為“40K以上鐵基高溫超導體的發(fā)現(xiàn)及若干基本物理性質(zhì)研究”的重要部分，榮獲2013年度國家自然科學獎一等獎。

趙忠賢在鐵基超導研究中的突破讓鐵基超導材料走向應(yīng)用成為了可能。鐵基超導材料在工業(yè)、醫(yī)學、通訊、國防等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被認為是最具發(fā)展前景的新型高溫超導體之一。

堅持終將有收獲

1986年底到1987年初，趙忠賢和同事們夜以繼日地奮戰(zhàn)在實驗室中。餓了，就煮面條；累了，輪流在椅子上打個盹。在最困難的時候，他們充滿信心，相互鼓勵：“別看現(xiàn)在這個樣品不超導，新的超導體很可能就誕生在下一個樣品中?！弊罱K趙忠賢等到了。

在趙忠賢看來，搞科研最重要的一點是能夠迅速抓住問題的本質(zhì)，并駕馭自己的知識和能力去解決它。他說：“如果說我做科研有什么優(yōu)勢，那就是我的科研直覺比較準，我能夠感覺到正確的方向在哪里。而這種科研直覺來自于大量的經(jīng)驗，來自于在長期堅持后的積累，長期積累的升華吧。”

趙忠對學生們說，不要只盯著論文，要真的去解決科學問題；堅持十年，一定會有突破?，F(xiàn)在社會上各種誘惑很多，好像很多選擇都比做科研賺錢，但如果選擇了科研這條道路，不妨安下心來，堅持一下，我相信你們堅持十年一定會有重大突破。