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【光明日报】一辈子都在寻找更好的超导材料
发布时间:2017-01-10文章来源:
2001年2月10日,“高温超导磁悬浮试验车”在四川成都西南交通大学正式通过国家级验收,该课题责任专家赵忠贤(前右)兴奋地登上实验车。尹钢摄/光明图片/视觉中国

  “中国‘高温超导’的年轻一代,不用像我一样坚持40年。给他们十几年时间,就能获得更有影响的成果。”1月9日,赵忠贤,这位在“高温超导”领域卓有成就的中国科学院院士获得了“国家最高科学技术奖”,这是我国科技界的最高荣誉。谈到中国超导的未来,他寄望很高。
  过去百余年世界超导研究史中,在两次高温超导领域的研究取得重大突破的关键时刻,赵忠贤带领的团队都“跑”在前列,他们独立发现了“液氮温区高温超导体”以及“发现系列50K(开尔文,热力学温度单位)以上铁基高温超导体并创造55K纪录”。前者推动了国际相关研究的热潮,赵忠贤因此于1987年获得第三世界科学院TWAS物理奖,这是中国科学家首获此奖;后者被授予Matthias奖,这是国际超导领域重要奖项。
  幸福不会从天而降。在数十年沉心高温超导研究的岁月里,赵忠贤的勤奋有目共睹——在67岁那年,他还曾带领年轻人通宵攻关。作为我国高温超导研究的奠基人之一,赵忠贤在科研上却很“抠门”——他的设备是用自己“淘”来的闲置品改造而成,他戏称为“土炮”,语气幽默,令人莞尔。

跌宕难阻守初心

  赵忠贤1964年从中国科学技术大学技术物理系毕业,被分配到中国科学院物理研究所,除去搞国防任务的五年,一直从事超导研究,他所做的主要工作就是探索高温超导体。
超导现象最早由一位荷兰科学家于1911年发现,指某些材料在低于一定的临界温度下电阻为零的现象。“假如超导现象能在常温下实现,远程超高压输电将没有损耗,能节省很大电量。”中国科学院物理研究所所长王玉鹏说,医疗中常用的核磁共振仪器,其核心部件就用了超导磁体。
  在探索十余年后,赵忠贤迎来了第一个科研高峰——1987年2月,他带领团队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为Ba-Y-Cu-O。国际上很多实验室验证了中国的工作,掀起了国际高温超导研究的热潮。
赵忠贤因此于1987年获得第三世界科学院TWAS物理奖,他也成为首次获此奖项的中国科学家,这一成果在1989年又获得了国家自然科学集体一等奖。
  随后,低谷不期而至。20世纪90年代中后期,国际物理学界在通过铜氧化物超导体探索高温超导机理的研究上遇到了瓶颈。国内的研究也遇冷,有人转投其他领域,但赵忠贤却坚持要坐“冷板凳”。
  “热的时候要坚持,冷的时候更要坚持。”忆及这段往事,他说,“我当时很正常,不痴迷也不呆傻。我认为超导还会有突破,所以才坚持。”
  多年的坚守之后,赵忠贤科研人生的另一个高峰出现在了“大家想都不敢想”的方向上——赵忠贤与国内的同行分别打破了国际物理学界普遍认为的40K以上无铁基超导的“禁忌”。2008年,赵忠贤带领其团队不仅发现了系列50K以上铁基高温超导体,还创造了大块铁基超导体55K的纪录,这项研究又为他赢得了国家自然科学奖一等奖,而他本人则在2015年被授予国际超导领域的重要奖项——Matthias奖。
  在跌宕起伏之间,赵忠贤对“初心”的追逐从未变过,用他的话说:“我这辈子只做一件事,那就是寻找更好的超导材料。”

攀登还靠勤为径

  中国的一系列成果发布后,美国《科学》杂志曾发文盛赞:“如果以后再有更多的样品和数据诞生于中国,我们不必感到惊讶”,“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”。
  然而,任何影响巨大的科研发现都不是随手捡得。两获世界赞誉的背后,是赵忠贤数十年高温超导研究中无数次制备、测试、分析、放弃、再重新开始的身影……
  根据赵忠贤的回忆,1986年4月,瑞士科学家穆勒和柏诺兹发现Ba-La-Cu-O材料在35K时开始出现超导现象。9月底,他看到这些论文后,马上与团队一道开始铜氧化物超导体研究。他们夜以继日奋战在实验室里,饿了就在实验室煮个白面条,累了就轮流在椅子上打个盹,废寝忘食工作最终换来了他科研人生的第一次突破。
  在2008年,他的第二次重大进展出现前夕,日本科学家发现了在掺氟的镧氧铁砷材料中存在26K的超导性。随即,有中国科学家把超导临界温度提到略高于传统超导体的理论极限40K。赵忠贤则率领团队很快将超导临界温度提高到50K以上,并创造了大块铁基超导体55K的世界纪录,保持至今。当时已经67岁的他,在成果出现前夕还曾带领年轻人熬了三个通宵。“现在可不敢熬夜了,身体受不了。”谈及此事,赵忠贤并不当回事儿,“别把我报道成劳模,我就是在做本职工作。”
  人生至此,本已可安享晚年,赵忠贤却依然坚持着他的高温超导研究,“我如今的工作重点有两个,一是凝练学科方向;二是尽我所能为大家营造良好的学术氛围。”在他衣兜里,还时常揣着一个小本,随时记录研究思路,“现在年纪大了,有什么想法得赶紧记下,怕忘记了。”

“抠门儿”有道暗得意

  1987年的美国物理学年会,是赵忠贤一个难忘的记忆。当时只有5个人受邀做特约演讲,他是其中之一。向世界展示中国超导研究的重大突破,让赵忠贤“感到光荣与骄傲”。
  实际上,赴美国做报告前,赵忠贤用的设备还是他自制的“土炉子”。据中国科学院院士陈仙辉回忆:“当时使用的是自己搭的设备,数量不够,5个教授只能共用一台设备轮流做研究。”但赵忠贤却觉得那是一段“激动人心的日子”,因为“艰苦又快乐,每两三天就有新成果出现”。而他并不介意跟别人共享实验设备,“大家轮流用,还能提高使用率,节省经费”。
  后来,在科研方向遇冷时,赵忠贤越发“抠门儿”起来。20世纪90年代,在经费有限的情况下,赵忠贤认定,“有钱的时候坚持,没钱的时候更要坚持”。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,却还一直作为项目组的基础设备被使用。他说:“别小瞧我这‘土炮’,管用着呢!”

守心皆因乐其中

  从事高温超导研究数十年,赵忠贤常被问:“一辈子就干了这么一件事,有时还很辛苦,不觉得枯燥吗?”
  “这是我的兴趣所在,又能养家糊口,还有比这更理想的选择吗?”赵忠贤说,“就像有人爱打麻将,玩到半夜,是去睡觉,还是接着玩?肯定是接着玩嘛!”对他而言,做研究就像有些人爱玩麻将一样,十分有趣,并不觉得辛苦和枯燥,“我们做科研,每天总感觉更接近真理,一旦发现新现象、做出新材料、提出新问题,就像打麻将的和牌,也有大和、小和,多有意思。”
  作为两次领导科研团队获得国家自然科学奖一等奖,发表论文400余篇,桃李满天下的著名科学家,赵忠贤仍有遗憾,这就是未领先于日本科学家发现铁基超导材料。实际上,他的团队在1993年就研究过和铁基超导体结构相同的材料,只不过用的是铜,而当时铁元素被公认为不利于超导。
  “现在回过头来看,如果当时思想再解放一些就好了。”赵忠贤说,在他看来,搞科研最重要的一点是能够迅速抓住问题的本质,并驾驭自己的知识和能力去解决它,而不断创新,则是保持兴趣的重要因素。他时常勉励实验室里的年轻人“什么都可以做,不怕失败,要不断创新、不断尝试”。
  如今已76岁的赵忠贤希望能尽己所能,呼吁建立合理的评价体系,来为年轻人营造轻松的研究氛围,“我也错过了好多机会,我希望将自己的这些经验教训分享给年轻科研工作者,让他们能少走些弯路”。


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