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高溫超導研究領軍人

來源: 華舜網  日期:2017-03-11 16:17:35  點擊:2755 
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【人物小傳】

趙忠賢,遼寧新民人,1941年生,1964年中國科學技術大學畢業后到中科院物理所工作至今。現任中國科學院物理研究所研究員,1991年當選中國科學院院士。

趙忠賢院士是我國著名物理學家、超導專家。長期從事低溫與超導研究,探索高溫超導電性研究,是我國高溫超導研究的主要倡導者、推動者和踐行者。

【正文】

40多年前,我國的高溫超導研究剛剛起步,與國際發達國家差距甚遠;而今,我國組建了一支高水平的研究隊伍,高溫超導研究走在世界前列。從追趕到領跑,趙忠賢功勛卓越。他帶領團隊在世界兩次高溫超導研究突破中勇立潮頭,兩度獲得國家自然科學獎一等獎,是國際公認的超導研究權威,我國高溫超導研究的領軍人。

趙忠賢一輩子很純粹,他整個研究生涯都在和超導打交道。2016年1月9日,他的科學貢獻獲得世人認可。在這里,他被授予國家最高科學技術獎。面對這一科技界的最高榮譽,他很平靜。“我不過是個普通人,做了該做的事,完成了本職工作。”

“北京的趙”震驚世界

發現臨界溫度93K的液氮溫區超導體,成為國際超導研究領域中國的符號

超導,是20世紀最偉大的科學發現之一。當某些材料在溫度降低到一定數值時,電阻會突然消失,具備這種特性的材料被稱為超導體,它在信息通訊、生物醫學、航空航天等領域有著巨大應用潛力。

1911年人類發現超導現象,超導研究主要圍繞兩個大問題:怎樣找到臨界溫度更高、更適于應用的超導體?超導體為什么會超導?百余年來,已頒發5次諾貝爾獎給10位研究超導的科學家。

所謂“高溫超導體”,是指臨界溫度在40K(約零下233攝氏度)以上的超導體。1968年,物理學家麥克米蘭根據傳統理論計算推斷,超導體的轉變溫度一般不能超過40K,這一溫度也被稱為麥克米蘭極限。

40K麥克米蘭極限能否被突破?在那個超導研究火熱的年代,西方發達國家是國際舞臺的主角,國內人才缺乏,科研設備極其落后,可就在這樣幾近一窮二白的條件下,趙忠賢的一系列研究震驚了世界。

1974年,趙忠賢到英國劍橋大學進修,接觸到了世界超導研究最前沿。一年后回國,他立志要做高臨界溫度超導體。

“初生牛犢不怕虎。”經過縝密思考和實驗,1977年,他在《物理》雜志上撰文,指出結構不穩定性又不產生結構相變可以使臨界溫度達到40―55K,并提出復雜結構和新機制在某些情況下甚至可以達到80K。挑戰由經典理論推導出的麥克米蘭極限,以至于當時不少人認為“趙忠賢膽子實在是太大了”。

趙忠賢堅信自己的判斷。彼時,全國剛從文化大革命走出來,科研條件十分簡陋,他帶領團隊,在缺錢缺人缺好設備環境下開始研究高溫超導。

十年磨一劍。1986年,歐洲科學家柏德諾茲和繆勒發表了鑭-鋇-銅-氧體系可能存在35K超導的工作。趙忠賢敏銳地意識到論文中提到的銅氧化物中可能蘊含高溫超導體。1986年底,趙忠賢團隊和國際上少數幾個小組幾乎同時在鑭-鋇-銅-氧體系中獲得了40K以上的高溫超導體。麥克米蘭極限被突破,一時國際物理學界為之震動,“北京的趙”成為國際著名科學刊物上的新星。

再接再厲,1987年2月,趙忠賢帶領團隊又在鋇-釔-銅-氧中發現了臨界溫度93K的液氮溫區超導體,并在世界上首次公布了元素組成,刮起了一陣研究液氮溫區超導體的旋風。短短幾個月,趙忠賢從一名中科院物理所普通研究人員,變成了國際超導研究領域代表中國的符號。他和團隊也因此榮獲1989年度國家自然科學集體一等獎。

趙忠賢及其團隊的工作極大提升了中國物理學界的國際地位。1987年,他受邀參加美國物理學會三月會議,是僅有的五位特邀報告人之一。當時,中國科學家在國際上有如此高的待遇極為罕見。三月會議也宣告了中國物理學家走上了世界高溫超導研究的舞臺。

20年把冷板凳坐熱

發現鐵基超導高溫超導家族,引領中國成為超導研究的強國

超導國家重點實驗室研究員孫力玲跟隨趙忠賢從事超導研究。談起趙老師科研的秘訣,她認為是扎得深、扎得住,根深才能葉茂。

趙忠賢40余年的高溫超導研究歷程并非一番風順。國際上第一次高溫超導熱潮中的主角――銅氧化物,是一種易脆材料,難以大范圍普及應用。上世紀90年代,銅氧化物高溫超導體熱潮過后,全世界科學家對超導材料的探索一度陷入迷茫,一些團隊甚至解散或轉而研究其他領域。

在困難面前,趙忠賢矢志不移,從沒想過要跟著去做熱門研究。“雖然遇到了瓶頸,但我堅信,高溫超導研究有潛力,未來有可能有重大突破。我們必須堅守這塊陣地。”他帶領團隊一干就是近20年,一直為將來可能的科學突破準備。

“冷板凳”被趙忠賢和團隊坐熱了!

超導體有兩個基本性質:零電阻和抗磁性。鐵元素作為典型的磁性元素,曾一度被認為是探索高溫超導體的禁區。但2008年2月,日本科學家在四方層狀的鐵砷化合物中發現存在轉變溫度為26K的超導電性,但因為沒有突破麥克米蘭極限溫度,還不能確定鐵基材料是高溫超導體。

趙忠賢提出了高溫高壓合成結合輕稀土元素替代的方案,并組織團隊全力以赴,很快將鐵基超導體的臨界溫度提高到50K以上,創造了大塊鐵基超導體55K的紀錄并保持至今。

趙忠賢團隊的工作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,引領了國際高溫超導研究領域的第二次突破。當時,他已經67歲,帶領年輕人通宵工作三天,完成了初期關鍵的三篇論文。

我國科學家還對鐵基超導體若干基本物理性質進行了深入研究,確認了它的非常規性。鐵基超導的中國突破震撼世界,美國《科學》雜志評述指出:中國如洪流般涌現的研究結果標志著,在凝聚態物理領域,中國已經成為一個強國。趙忠賢小組的成果作為“40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質研究”的重要部分,榮獲2013年度國家自然科學一等獎。

如今,已過古稀之年的趙忠賢仍然在奇妙的超導世界中探索,他希望找到新的組合,尋找到臨界溫度更高、能廣泛應用于實際生活的超導體。同時,搞清楚了超導機理,關注新材料、新現象,為超導研究的第三次突破提供信息。

解放思想,是趙忠賢常對學生的提醒。“未來是不是還有更好的高溫超導體很難預測,需要去研究。”

趙忠賢認為,目前我國研究超導的勢頭很好,有很不錯的研究隊伍。希望年輕人能得到持續的支持,堅持10來年,沉下心來,踏實搞研究就很可能取得第三次突破。

我只是個普通人

有幸把興趣和生計結合起來,再多苦和累也不覺得

超導,是趙忠賢0多年的研究生涯的主題。上世紀80年代,他曾應邀到美國做研究,但他腦子一直惦記著高溫超導體,不久就回國。

他的團隊成員超導國家重點實驗室研究員董曉莉由衷的敬佩:趙老師對超導歷史很熟悉,他不僅記得像元素組成、超導溫度這些重要參數,很多超導體他隨口可以報出發現年代、發現者的名字,可謂如數家珍。

專注,也是趙忠賢總結自己研究工作最喜歡用的一個詞。他常說,選擇了科研道路,就要安下心來,不能心猿意馬。

“打個不一定恰當的比喻:我們口袋里裝著許多把鑰匙,同時還在不斷地制造出新的鑰匙,而只有其中一把能夠開啟科學之門。我們要做的,就是不懈努力,制造、修改每一把鑰匙,直到打開這扇大門。”趙忠賢說。

由于超導機理仍然是個迷,發現超導材料,多數時候憑得是直覺。40多年的鉆研和積累,讓趙忠賢培養出超出常人的直覺。

本世紀初,MgB2、NaCoO2等超導體被發現時,在國際上也引起不小反響。但這兩個體系都不是四方結構,和趙忠賢探索高溫超導的想法不一致,就沒安排團隊全部投入。看到日本團隊報道了四方結構的鐵基超導體,他很快提出高溫高壓合成結合輕稀土替代的實驗方案,組織團隊全力以赴。

“搞研究就是長期積累到一定節點后,在認識上就會有一個升華,發現超導材料并沒有理論規律可循,只可意會不可言傳。”趙忠賢說。

榮譽等身,趙忠賢從未自滿。他常說,自己就是個普通人。榮譽歸于國家,成績屬于集體,自己只是其中的一份子。他還常常提醒前來采訪的記者:“別光報道我,多看看我身后那些沒露面的人,別把我報道成勞模。”面對媒體的聚焦,老先生坦率而誠摯。

談起取得科研成績的原因,趙忠賢認為,興趣最重要。他從不計較自己的研究中受的苦和累。他常說,能有幸把興趣和生計結合起來是最理想的。

趙忠賢說,自己做研究從來沒想過要得什么獎,追求的是為人類文明添磚加瓦,滿足國家重大需求,這輩子很值。

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