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赵忠贤从辽宁走出的中国『超导之父』

2018-07-10刘驰

乐活老年 2018年3期
关键词:超导体液氮高温

文/刘驰

在中科院物理所,一张“院士蹬板车”的照片一直被传为美谈,照片中那位骑在板车上拖着一车蜂窝煤的朴实老人,正是2016年度国家最高科学技术奖得主、中国科学院院士赵忠贤。

赵忠贤从中国科学技术大学毕业后就来到中科院物理研究所,50多年来,除了参加国防任务的几年外,他一直从事超导研究,是我国高温超导研究的奠基人之一。超导现象指在一定的低温状态下,某些材料中的电子可以无阻地流动,表现出零电阻现象。超导临界温度很低,广泛应用受到影响,寻找液氮温区的高温超导体甚至室温超导体一直是科学家长期的梦想。

说起“超导”,你可能觉得陌生,但说起核磁共振和磁悬浮列车,你就会觉得“超导”其实离我们很近。超导被誉为“20世纪最伟大的科学发现之一”。赵忠贤也凭借超导领域的研究,两次站上国家自然科学奖的最高领奖台。

今年77岁的赵忠贤与超导研究打了半个多世纪的交道,他凭借着对超导研究的热爱,在科研的道路上一步一个脚印的坚韧不拔精神,带领中国的超导研究从起步阶段,跃升到国际最前沿。

那是科学史上一次罕见的竞争

从50多年前孤身一人到北京求学的20出头的小伙子,到今天白发苍苍古稀之年的超导研究领军人物,并成为中国高温超导研究的奠基人之一,赵忠贤坚持高温超导研究已有50余年。

赵忠贤,1941年出生在辽宁新民。高中时代,他被国家提出的“向科学进军”号召深深吸引,对苏联的卫星、火箭等科技发展产生了浓厚兴趣。1964年,赵忠贤从中国科学技术大学技术物理系毕业,来到了中国科学院物理研究所,满怀着对祖国科学未来的美好憧憬,他走上了漫长的超导研究之路,当时我国的超导研究仍处于起步阶段。

用自制的土设备搞研究,这是赵忠贤和同事们在那段一穷二白的日子里,解决设备短缺问题的唯一方法。用自制的炉子烧样品、做实验,凭借不懈的努力与刻苦的钻研,1987年,赵忠贤和研究组第一次向世界证明了中国科研人员在超导研究领域的实力。他们独立制出临界温度在93K(即-180.15℃)的“钇钡铜氧液氮温区超导体”,使便宜好用的液氮替代了昂贵的液氦来实现超导,这是中国在超导研究领域的第一次重要突破。

在数百年的超导研究史中,出现了两次高温超导重大突破,赵忠贤及其合作者都取得了重要成果:分别是独立发现液氮温区高温超导体和发现系列50K以上铁基高温超导体并创造55K纪录。1987年2月,赵忠贤及合作者独立发现液氮温区高温超导体,并在国际上首次公布其元素组成,推动国际高温超导研究热潮。

1987年,美国物理学会年会在纽约举行,这是一个数十年来国际物理学界最令人兴奋的盛会。大会临时增加了“高临界温度超导体专门会议”。当会议主持人充满热情地介绍“这是来自中华人民共和国的科学家”时,在场的中国人都感到无比自豪,说:“就像在奥运会上拿奖牌、升国旗一样激动。”

被介绍的中国科学家就是中国科学院物理所超导专家赵忠贤和陈立泉,他们是作为特邀代表出席会议的,他们的报告受到了热烈欢迎。中国代表的出席,既具有学术意义,又具有令人羡慕的殊荣,因为他们所代表的中国科学院物理所超导联合组与美国、日本等其他4个研究单位被公认为是世界上高临界温度超导体研究领域的先锋,并作出了杰出贡献。

1100人的大厅里,挤进了3000多人,被高温超导突破吸引来的物理学家们挤满了整个会场,狂热的场面持续了7个多小时,报告一直持续到凌晨3点。

这场会议后来被称作“物理学界的摇滚音乐节”,赵忠贤为代表的中国物理学家从此走上了世界高温超导研究的舞台。就连赵忠贤自己也未曾想到,短短几个月里,他从一名物理所普通研究人员,变成了在国际物理学界代表中国的符号。

因为受到“刺激”不断培养超导界人才

赵忠贤不但在研究方面属于巨匠,还特别注重对于人才的培养。

他曾多次说,很欣赏一位哲人的格言:“站在前人的肩膀上,连孩子也比巨人高大。”他说:“中国的低温物理研究始于50年代,那时,我还是个学生。如果没有前辈物理学家的工作、积累,就不可能有我们这一代的成就。”“现在该是我们这一代做出牺牲,让年轻人踩在我们肩膀上去攀登科学高峰的时候了。”

这不是刻意追求的那种谦虚。就像科学容不得虚假一样,赵忠贤最讨厌矫饰。出了名后他依然是那个率真的赵忠贤——说话时嗓门还是那么大;开心时笑起来还是会不时流露出孩子般的纯真,有时甚至是顽皮;他会津津乐道地给你讲年轻时的恶作剧,那得意一点不亚于讲他的超导;他也会腼腼腆腆地承认自己有一点“妻管严”,可又不掩饰对夫人由衷的尊敬;他还像以前一样幽默,一样“土”:有一次回去参加朋友的聚会,当大家都夸他的西服和领带合体漂亮时,他竟然一拍腿说:“这还穿着老棉裤呢!”真够“潇洒”的。

当然,处境不同心境自然不同,作为国家超导实验室主任,作为一个被国家确定为重点发展学科的学术带头人,赵忠贤总觉得自己比过去多了一份责任和使命。这常常使开朗的他心里变得沉甸甸的。

面对大批的优秀青年科学人才外流,面对历史造成的“断层”尚未弥合就有了新的“断层”,说他忧心如焚一点也不夸张。于是,人们看到他利用各种可能的场合去呼吁,有时甚至是呐喊——解决解决青年人的问题吧,科学的未来属于他们!

“不,更确切地说,科学的今天就是属于青年的。”赵忠贤说,1991年12月,他和夫人应邀参加了纪念诺贝尔奖90周年庆典,其中的一次物理讨论会给了他很大的刺激。

会前听说很多参加者都是诺贝尔奖获得者,按照中国人的观念,赵忠贤以为这种高规格的讨论会大约是一次世界物理学界的老人聚会,然而,他万万没想到的是,1/3的与会者竟然是些30岁左右的年轻人!

其间,1987年诺贝尔物理学奖获得者波诺茨与他们夫妇交流时,赵夫人不无钦佩地说:“你真了不起,30多岁就拿了诺贝尔奖。”不料,波诺茨几乎是不假思索地回答赵夫人说:“不,诺贝尔奖本来就应该是年轻人拿的。”这使赵忠贤既万分感慨又非常尴尬。在国内,他被称为中青年科学家已经有十多年,而且还在被继续这么称呼下去,而在这里青年是什么?是这样思维敏捷、知识现代、精力旺盛、闯劲十足的一群!难道中国真像一条缓慢流动的河流,连时间也如老人的步伐吗?

培养年轻人,赵忠贤也知道这有很多困难,但不管有多困难,这些年来,他始终在身体力行地实践着,他深知,对于整个社会,他不过是个科学家,所能做的也只有呼吁,但是,在超导实验室,他却是“一把手”,他可以用他有限的“权”为年轻人创造尽可能好一点的条件和环境。比如,给年轻人包括没毕业的研究生参加国际会议的机会。他说,重要的不是要他们去学会什么,而是通过这些活动启发他们的科学灵感和献身科学的精神,也使他们感到一种信任。

20年后实现超导研究第二次突破

不管是经历辉煌,还是面对低谷,赵忠贤都能保持一份平和的心态,继续潜心研究,厚积薄发,再加上对于年轻人和团队的重视,让赵忠贤在20年后再次引领世界热潮,收获了超导研究的第二次突破。

2008年,日本科学家细野秀雄团队报道在镧-氧-铁-砷体系中存在26K的超导电性,与赵忠贤“在具有多种相互作用的四方层状结构的系统中会有高温超导电性”的新思路是一致的,他立刻意识到这一类铁砷化合物(后来被称作“铁基超导体”)很可能是新的高温超导体。

赵忠贤提出了高温高压合成结合轻稀土元素替代的方案,带领团队全力以赴。团队鼓足干劲,有负责高温高压合成的,有负责测量以鉴别超导电性的,还有做常压合成、高压物性研究和单晶生长的。他们用从淘汰的设备中捡回来的设备做实验,一台被大家叫做“土炮”的压机坏了修,修了坏,有限的条件用到了极限。很短的时间,他们首先做出了52K的镤铁砷氧氟超导体,紧接着,51K的钕铁砷氧氟和55K的钐铁砷氧氟超导体也相继做出来了,整个团队非常兴奋,这显著超过了40K的麦克米兰极限。很快他们又合成了绝大多数50K以上的系列铁基超导体,创造了大块铁基超导体55K最高临界温度纪录并保持至今,为确认铁基超导体为第二个高温超导家族提供了重要依据,实现了高温超导研究领域的第二次突破。

67岁的年纪,赵忠贤三次带领年轻人几乎通宵工作,完成了铁基超导研究最关键的三篇论文。事后得知,其中一篇比国外同行只早了一天发表。

2014年初,时隔24年,赵忠贤等再次凭借高温超导研究问鼎象征着中国基础研究原始创新能力的国家自然科学一等奖。此前,这一奖项已经连续空缺3年。

赵忠贤的铁基超导研究得到了国际上的高度评价。美国《科学》杂志三次报道赵忠贤组的工作,并评论说:“中国如洪流般不断涌现的研究结果标志着在凝聚态物理领域,中国已经成为一个强国。”

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