科學技術從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運。新中國成立70年來,我國高溫超導研究實現了從“起步”“追趕”到“領跑”的跨越,這一切成績,都離不開一個人——趙忠賢。

  作為我國高溫超導研究的先驅之一,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,兩次帶領團隊斬獲國家自然科學一等獎,引領我國高溫超導研究躋身世界前列。

  今天,讓我們走進趙忠賢的超導人生。

  “超導研究突破的每一步,

  中國人絕不能再落下,要走在前面”

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  高溫超導體,是指臨界溫度在40K(約-233℃)以上的超導體。物理學家麥克米蘭曾根據傳統理論計算斷定,超導體的轉變溫度一般不能超過40K(約-233℃),這個溫度也被稱為“麥克米蘭極限”溫度。超導臨界溫度極低,廣泛應用受到限制,尋找高溫超導體至今仍是全世界科學家的夢想。

  1977年,趙忠賢在《物理》雜志上撰文,指出超導體的臨界溫度可以達到40—55K(約-233℃—-218℃),甚至在某些情況下可以達到80K(約-192℃)。這與傳統的“麥克米蘭極限”理論相悖,以致于當時不少人認為“趙忠賢膽子實在太大了”。

  但趙忠賢說:“超導研究突破的每一步,中國人絕不能再落下,要走在前面。”

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  1986年4月,瑞士科學家穆勒和柏諾茲發現鋇鑭銅氧化物在35K(約-238℃)時出現超導現象。9月底,趙忠賢看到這些論文后,敏銳察覺到,這可能是一個突破口。當時,美、日的實驗室也在搞這個研究,大家都明白,誰能在這場超導大戰中拔得頭籌,誰就能在高溫超導領域寫下劃時代意義的一筆。

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  趙忠賢立刻組織團隊,開始研究銅氧化物超導體。“當時干勁很足,但條件確實非常差,沒有樣品,我們自己繞個爐子燒。”沒有合用的設備,他淘來處理品自己改裝;有些設備老得連零件都買不到了,還一直作為項目組的基礎設備使用。趙忠賢和同事們不分晝夜地干,餓了就在實驗室煮個白面條,累了就輪流在椅子上打個盹。

  如今已是南京大學物理學院教授的聞海虎曾在讀研究生時重復趙忠賢做過的實驗,發現測一條曲線要不休不眠兩天兩夜才能完成。“盯著儀器上的表一個一個地記錄,不像現在都是計算機采集,計算機一劃就出來了。那時每變溫一次,要調一下氣壓、氣流,等溫度穩定了在表上讀數把它記錄下來。”他感慨,趙忠賢和團隊一窮二白起步,設備修了壞、壞了修,實在無法想象該有多難。

  無數個深夜苦熬,終于迎來了希望的曙光!

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  “中國科技發展舉世矚目,最欣慰的是‘我奉獻了’”  

  1986年12月,趙忠賢與同事第一次在鑭鋇銅氧系統中,觀察到起始溫度為70K(約-203℃)的超導轉變跡象。

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  乘勝追擊!1987年2月19日深夜,趙忠賢在釔鋇銅氧化物中發現了臨界轉變溫度93K(約-180℃)的液氮溫區超導體,實驗結果可以重復。整個實驗小組都喜極而泣。此時,趙忠賢已經48小時沒有睡覺。“這是一個世界級突破,從-268.8℃的液氦溫區提高到-196℃的液氮溫區,意味著制冷難度和成本的大幅度降低,液氮的價格只有液氦的幾十分之一,可以像熱水瓶一樣打一瓶。”

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  1987年3月18日,正在紐約舉行的美國物理學會年會臨時增加了“高臨界溫度超導體專門會議”。會議報告從晚上19:30開始,一直講到凌晨3:15,持續了7小時45分鐘。

  趙忠賢是當晚報告人中最耀眼的科學家之一,他做了長達20分鐘的報告,并在國際上首次公布液氮溫區超導體的元素組成:釔—鋇—銅—氧。

  這也標志著中國的高溫超導研究躋身世界前列。“我到酒店之后還有很多留學生找到我,他們說在這樣的國際會議上能看到中國專家的身影,真的很激動。”最終,因為將超導材料轉變溫度從液氦溫區提高到液氮溫區,趙忠賢于1989年問鼎國家自然科學一等獎。

  趙忠賢說,他這一代,不僅目睹了“兩彈一星”的成就,還親歷了改革開放40年來我國科學體系的建立。“中國科技發展舉世矚目,最欣慰的就是‘我奉獻了’”。

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  “熱的時候要堅持,冷的時候更要堅持”  

  20世紀90年代中后期,國內的高溫超導研究遇冷,不少研究人員轉向其他領域。但趙忠賢卻堅持要坐“冷板凳”,他說,“熱的時候要堅持,冷的時候更要堅持。”他始終堅信,超導還會有突破!

  趙忠賢在工作中。資料圖

  時隔20余年,趙忠賢的名字再次震動了世界物理學界,這一年他67歲。

  2008年2月,日本研究組報道,在摻氟的鑭氧鐵砷化合物中,存在轉變溫度為26K(約-247℃)的超導電性。趙忠賢結合他的學術思路,認識到其中可能孕育著新的突破。

  很快,他帶領團隊發現50K(約-223℃)以上鐵基高溫超導體系列,并創造了55K(約-218℃)鐵基超導體轉變的紀錄。這一創造性的突破,標志著人類發現了新一類的高溫超導體,超導技術將可以走向大規模開發應用。

  2014年初,趙忠賢等憑借鐵基高溫超導研究再次問鼎國家自然科學一等獎。

  趙忠賢(中)等五人獲獎合影。資料圖

  “古代中國曾為人類文明作出很多貢獻,

  今日中國人依然有這個志氣和能力”

  網友留言。資料圖

  在今天從事高溫超導研究的年輕科學家們眼里,已經年過古稀的趙忠賢對工作始終抱有一份啃硬骨頭的執著和嚴謹,他既是良師,也是益友。

  《超導世界的赤子之心——趙忠賢》視頻截圖。資料圖

  對于趙忠賢來說,雖然已經榮譽滿載,超導仍然是他孜孜以求的永恒主題,如今他的身邊已經聚集起一支世界領先的高溫超導研究隊伍,他們共同為中國的高溫超導研究事業不斷鉆研著、奮斗著……(中國青年網記者 楊維瓊 李慧慧 實習記者 曹若鴻 綜合科普中國等)

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