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中国人的故事|强国脊梁:“超导斗士”赵忠贤

中国青年网    2019-08-15 17:15    杨维琼 李慧慧 曹若鸿

科学技术从来没有像今天这样深刻影响着国家前途命运。新中国成立70年来,我国高温超导研究实现了从“起步”“追赶”到“领跑”的跨越,这一切成绩,都离不开一个人——赵忠贤。

作为我国高温超导研究的先驱之一,他在我国最早提出要探索高温超导体,最早建议成立国家超导实验室,两次带领团队斩获国家自然科学一等奖,引领我国高温超导研究跻身世界前列。

今天,让我们走进赵忠贤的超导人生。

“超导研究突破的每一步,

中国人绝不能再落下,要走在前面”

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

高温超导体,是指临界温度在40K(约-233℃)以上的超导体。物理学家麦克米兰曾根据传统理论计算断定,超导体的转变温度一般不能超过40K(约-233℃),这个温度也被称为“麦克米兰极限”温度。超导临界温度极低,广泛应用受到限制,寻找高温超导体至今仍是全世界科学家的梦想。

1977年,赵忠贤在《物理》杂志上撰文,指出超导体的临界温度可以达到40—55K(约-233℃—-218℃),甚至在某些情况下可以达到80K(约-192℃)。这与传统的“麦克米兰极限”理论相悖,以致于当时不少人认为“赵忠贤胆子实在太大了”。

但赵忠贤说:“超导研究突破的每一步,中国人绝不能再落下,要走在前面。”

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

1986年4月,瑞士科学家穆勒和柏诺兹发现钡镧铜氧化物在35K(约-238℃)时出现超导现象。9月底,赵忠贤看到这些论文后,敏锐察觉到,这可能是一个突破口。当时,美、日的实验室也在搞这个研究,大家都明白,谁能在这场超导大战中拔得头筹,谁就能在高温超导领域写下划时代意义的一笔。

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

赵忠贤立刻组织团队,开始研究铜氧化物超导体。“当时干劲很足,但条件确实非常差,没有样品,我们自己绕个炉子烧。”没有合用的设备,他淘来处理品自己改装;有些设备老得连零件都买不到了,还一直作为项目组的基础设备使用。赵忠贤和同事们不分昼夜地干,饿了就在实验室煮个白面条,累了就轮流在椅子上打个盹。

如今已是南京大学物理学院教授的闻海虎曾在读研究生时重复赵忠贤做过的实验,发现测一条曲线要不休不眠两天两夜才能完成。“盯着仪器上的表一个一个地记录,不像现在都是计算机采集,计算机一划就出来了。那时每变温一次,要调一下气压、气流,等温度稳定了在表上读数把它记录下来。”他感慨,赵忠贤和团队一穷二白起步,设备修了坏、坏了修,实在无法想象该有多难。

无数个深夜苦熬,终于迎来了希望的曙光!

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

“中国科技发展举世瞩目,最欣慰的是‘我奉献了’”  

1986年12月,赵忠贤与同事第一次在镧钡铜氧系统中,观察到起始温度为70K(约-203℃)的超导转变迹象。

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

乘胜追击!1987年2月19日深夜,赵忠贤在钇钡铜氧化物中发现了临界转变温度93K(约-180℃)的液氮温区超导体,实验结果可以重复。整个实验小组都喜极而泣。此时,赵忠贤已经48小时没有睡觉。“这是一个世界级突破,从-268.8℃的液氦温区提高到-196℃的液氮温区,意味着制冷难度和成本的大幅度降低,液氮的价格只有液氦的几十分之一,可以像热水瓶一样打一瓶。”

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

1987年3月18日,正在纽约举行的美国物理学会年会临时增加了“高临界温度超导体专门会议”。会议报告从晚上19:30开始,一直讲到凌晨3:15,持续了7小时45分钟。

赵忠贤是当晚报告人中最耀眼的科学家之一,他做了长达20分钟的报告,并在国际上首次公布液氮温区超导体的元素组成:钇—钡—铜—氧。

这也标志着中国的高温超导研究跻身世界前列。“我到酒店之后还有很多留学生找到我,他们说在这样的国际会议上能看到中国专家的身影,真的很激动。”最终,因为将超导材料转变温度从液氦温区提高到液氮温区,赵忠贤于1989年问鼎国家自然科学一等奖。

赵忠贤说,他这一代,不仅目睹了“两弹一星”的成就,还亲历了改革开放40年来我国科学体系的建立。“中国科技发展举世瞩目,最欣慰的就是‘我奉献了’”。

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

“热的时候要坚持,冷的时候更要坚持”  

20世纪90年代中后期,国内的高温超导研究遇冷,不少研究人员转向其他领域。但赵忠贤却坚持要坐“冷板凳”,他说,“热的时候要坚持,冷的时候更要坚持。”他始终坚信,超导还会有突破!

赵忠贤在工作中。资料图

时隔20余年,赵忠贤的名字再次震动了世界物理学界,这一年他67岁。

2008年2月,日本研究组报道,在掺氟的镧氧铁砷化合物中,存在转变温度为26K(约-247℃)的超导电性。赵忠贤结合他的学术思路,认识到其中可能孕育着新的突破。

很快,他带领团队发现50K(约-223℃)以上铁基高温超导体系列,并创造了55K(约-218℃)铁基超导体转变的纪录。这一创造性的突破,标志着人类发现了新一类的高温超导体,超导技术将可以走向大规模开发应用。

2014年初,赵忠贤等凭借铁基高温超导研究再次问鼎国家自然科学一等奖。

赵忠贤(中)等五人获奖合影。资料图

“古代中国曾为人类文明作出很多贡献,

今日中国人依然有这个志气和能力”

网友留言。资料图

在今天从事高温超导研究的年轻科学家们眼里,已经年过古稀的赵忠贤对工作始终抱有一份啃硬骨头的执着和严谨,他既是良师,也是益友。

《超导世界的赤子之心——赵忠贤》视频截图。资料图

对于赵忠贤来说,虽然已经荣誉满载,超导仍然是他孜孜以求的永恒主题,如今他的身边已经聚集起一支世界领先的高温超导研究队伍,他们共同为中国的高温超导研究事业不断钻研着、奋斗着……(中国青年网记者 杨维琼 李慧慧 实习记者 曹若鸿 综合科普中国等)


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