今日中國(guó)超導(dǎo)事業(yè),源自半個(gè)世紀(jì)前的啟程
1959年,18歲的趙忠賢以優(yōu)異的成績(jī)進(jìn)入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)。1964年,當(dāng)23歲的趙忠賢畢業(yè)后被分配到中科院物理所時(shí),我國(guó)還沒(méi)有高溫超導(dǎo)這個(gè)概念。
超導(dǎo)最先發(fā)現(xiàn)是在1911年,由荷蘭物理學(xué)家卡麥林?昂納斯發(fā)現(xiàn)。超導(dǎo)被譽(yù)為“20世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一”。目前已有10個(gè)人在超導(dǎo)領(lǐng)域獲得了5次諾貝爾獎(jiǎng)。
超導(dǎo)現(xiàn)象指在一定的低溫狀態(tài)下,某些材料中的電子可以無(wú)阻地流動(dòng),表現(xiàn)出零電阻現(xiàn)象。超導(dǎo)體這個(gè)名詞看似陌生,但在信息通訊、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力,假如超導(dǎo)現(xiàn)象能在常溫下實(shí)現(xiàn),遠(yuǎn)程超高壓輸電將沒(méi)有損耗,能節(jié)省很大電量。我們的身邊就廣泛存在超導(dǎo)應(yīng)用:醫(yī)院里用的核磁共振成像儀核心部件是超導(dǎo)磁體,還有我國(guó)目前正實(shí)驗(yàn)的高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)。這些,都與趙忠賢等人的進(jìn)行超導(dǎo)研究密切相關(guān)。
但當(dāng)時(shí)中國(guó)的超導(dǎo)研究還沒(méi)有開(kāi)啟。1973年,32歲的趙忠賢赴英國(guó)劍橋大學(xué)進(jìn)修,接觸到了世界超導(dǎo)研究最前沿。2年后回國(guó)時(shí),他開(kāi)始從事探索高溫超導(dǎo)電性研究。
十年探索一次突破,讓中國(guó)超導(dǎo)受世界矚目
“初生牛犢不怕虎。”經(jīng)過(guò)縝密思考和實(shí)驗(yàn),1977年,趙忠賢在《物理》雜志上發(fā)表文章,挑戰(zhàn)由經(jīng)典理論推導(dǎo)出的麥克米蘭極限,當(dāng)時(shí)不少人認(rèn)為,“趙忠賢膽子實(shí)在是太大了”。雖然想法超前而且價(jià)值巨大,但進(jìn)展卻沒(méi)有這么順利。隨后幾年,他的研究屢次受阻。
“1986年4月,瑞士科學(xué)家穆勒和柏諾茲發(fā)現(xiàn)Ba-La-Cu-O材料在35K(開(kāi)爾文,熱力學(xué)溫度單位)時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。9月底,我看到他們的論文后,馬上找到陳立泉等同事開(kāi)始銅氧化物超導(dǎo)體研究工作。”趙忠賢回憶說(shuō)。
八十年代的科研條件異常艱苦,好多設(shè)備是趙忠賢團(tuán)隊(duì)自己造的。燒樣品的爐子就自己造的,被他戲稱為“土炮”,買(mǎi)的設(shè)備也是二手貨。但這絲毫不妨礙他們的激情和夢(mèng)想,趙忠賢和同事們不分晝夜地干,餓了,就煮面條;累了,輪流在椅子上打個(gè)盹。1986年底,趙忠賢的團(tuán)隊(duì)和國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)小組幾乎同時(shí)在鑭鋇銅氧體系中突破了“麥克米蘭極限”,獲得了40K以上的高溫超導(dǎo)體。一時(shí)間,世界物理學(xué)界為之震動(dòng),“北京的趙”多次出現(xiàn)在國(guó)際著名科學(xué)刊物上。
1987年2月,艱苦的研究終于有了成果, 趙忠賢及合作者獨(dú)立發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)高溫超導(dǎo)體,并在國(guó)際上首次公布其元素組成為Ba-Y-Cu-O。這項(xiàng)研究使得超導(dǎo)電性低溫環(huán)境的創(chuàng)造,由原本昂貴的液氦變?yōu)楸阋硕糜玫囊旱Zw忠賢因此于同年獲得第三世界科學(xué)院TWAS物理獎(jiǎng),他也成為首次獲此獎(jiǎng)項(xiàng)的中國(guó)科學(xué)家。
趙忠賢等人的成果,凸顯出柏德諾茲和繆勒的氧化高溫超導(dǎo)材料論文的意義,1987年這兩位科學(xué)家獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。柏德諾茲說(shuō):“趙教授及其同事們的研究成果是舉世矚目的,感謝他們?yōu)槭澜缈萍嫉陌l(fā)展和超導(dǎo)研究做出了重要貢獻(xiàn)。”
那一年,趙忠賢45歲,這是他從事超導(dǎo)研究的第十二年。
那一年,世界性的超導(dǎo)競(jìng)賽迎來(lái)了巔峰時(shí)刻,趙忠賢作為五位特邀報(bào)告人之一參加了美國(guó)物理學(xué)會(huì)3月會(huì)議。這成為他一個(gè)難忘的記憶。當(dāng)時(shí)1100人的大廳里,擠進(jìn)了3000多人,被高溫超導(dǎo)突破吸引來(lái)的物理學(xué)家們擠滿了整個(gè)會(huì)場(chǎng),狂熱的場(chǎng)面持續(xù)了7個(gè)多小時(shí),報(bào)告一直繼續(xù)到次日凌晨3點(diǎn)。這場(chǎng)會(huì)議后來(lái)被稱作“物理學(xué)界的搖滾音樂(lè)節(jié)”。向世界展示中國(guó)超導(dǎo)研究的重大突破,讓趙忠賢“感到光榮與驕傲”。
趙忠賢所在集體因此榮獲1989年度國(guó)家自然科學(xué)集體一等獎(jiǎng),他也作為團(tuán)隊(duì)代表獲得了第三世界科學(xué)院物理獎(jiǎng)。1991年,50歲的趙忠賢當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員(院士)。
跌宕起伏不忘初心,20年后再掀世界熱潮
然而,低谷不期而至。20世紀(jì)90年代中后期,國(guó)際物理學(xué)界在通過(guò)銅氧化物超導(dǎo)體探索高溫超導(dǎo)機(jī)理的研究上遇到了瓶頸。國(guó)內(nèi)的研究也遇冷,不少研究人員轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域。但趙忠賢卻堅(jiān)持要坐“冷板凳”。“熱的時(shí)候要堅(jiān)持,冷的時(shí)候更要堅(jiān)持。”憶及這段往事,他說(shuō),“我當(dāng)時(shí)很正常,不癡迷也不呆傻。我認(rèn)為超導(dǎo)還會(huì)有突破,所以才堅(jiān)持。”
在跌宕起伏之間,趙忠賢對(duì)“初心”的追逐從未變過(guò)。
2008年2月,日本研究組報(bào)道在摻氟的鑭氧鐵砷化合物中有26K的超導(dǎo)電性。立刻引起中國(guó)學(xué)者的極大關(guān)注。趙忠賢結(jié)合他的學(xué)術(shù)思路,認(rèn)識(shí)到其中可能孕育著新的突破。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)很快將鐵基超導(dǎo)體的臨界溫度提高到50K以上,并創(chuàng)造了55K鐵基超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度紀(jì)錄,同時(shí)在物理上認(rèn)識(shí)到高的超導(dǎo)臨界溫度與磁的不穩(wěn)定性密切相關(guān)。為確認(rèn)鐵基超導(dǎo)體為第二個(gè)高溫超導(dǎo)家族提供了重要依據(jù)。
這些打破了國(guó)際物理學(xué)界普遍認(rèn)為的40K以上無(wú)鐵基超導(dǎo)的“禁忌”,在國(guó)際上引起了極大轟動(dòng),標(biāo)志著經(jīng)過(guò)20多年的不懈探索,人類發(fā)現(xiàn)了新一類的高溫超導(dǎo)體。
當(dāng)時(shí)已經(jīng)67歲的他,在成果出現(xiàn)前夕帶領(lǐng)年輕人熬了三個(gè)通宵,完成了初期最關(guān)鍵的三篇論文。事后得知,其中一篇只比國(guó)外同行早發(fā)表了一天。
這項(xiàng)研究又為他贏得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),而他本人則在2015年被授予國(guó)際超導(dǎo)領(lǐng)域的重要獎(jiǎng)項(xiàng)——Matthias獎(jiǎng)。
美國(guó)《科學(xué)》雜志3次報(bào)道趙忠賢及其團(tuán)隊(duì)的工作,并評(píng)論說(shuō),“中國(guó)如洪流般不斷涌現(xiàn)的研究結(jié)果,標(biāo)志著在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中國(guó)已經(jīng)成為強(qiáng)國(guó)”。
五十年磨一劍,古稀之年獲最高獎(jiǎng)
現(xiàn)在,年過(guò)古稀的趙忠賢仍保持著旺盛的工作熱情,仍然時(shí)常去實(shí)驗(yàn)室,雖然“原則上只出出主意”。他說(shuō),“我如今的工作重點(diǎn)有兩個(gè),一是凝煉學(xué)科方向;二是盡我所能為大家營(yíng)造良好的學(xué)術(shù)氛圍。”在他衣兜里,還時(shí)常揣著一個(gè)小本,隨時(shí)記錄研究思路,“現(xiàn)在年紀(jì)大了,有什么想法得趕緊記下,怕忘記了。”
75歲的他,跨域了半個(gè)世紀(jì)的追逐,培養(yǎng)和影響了一大批世界領(lǐng)先的高溫超導(dǎo)研究人才,讓高溫超導(dǎo)扎根中國(guó),更使得中國(guó)的高溫超導(dǎo)走在了世界前列。
2017年,趙忠賢與2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者屠呦呦共同獲得2016年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。
熱愛(ài)并為之堅(jiān)守,“玩”出來(lái)的舉世矚目
趙忠賢常被問(wèn):“一輩子就干了這么一件事,有時(shí)還很辛苦,不覺(jué)得枯燥嗎?”
“這是我的興趣所在,又能養(yǎng)家糊口,還有比這更理想的選擇嗎?”趙忠賢說(shuō),“就像有人愛(ài)打麻將,玩到半夜,是去睡覺(jué),還是接著玩?肯定是接著玩嘛!”對(duì)他而言,做研究就像有些人愛(ài)玩麻將一樣,十分有趣,并不覺(jué)得辛苦和枯燥,“我們做科研,每天總感覺(jué)更接近真理,一旦發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、做出新材料、提出新問(wèn)題,就像打麻將的和牌,也有大和、小和,多有意思。”
因?yàn)闊釔?ài),趙忠賢“玩”出舉世矚目的重大突破,“玩”出臨界溫度的世界紀(jì)錄,“玩”出中國(guó)高溫超導(dǎo)躋身國(guó)際前列的科研地位。
對(duì)于年輕人,趙忠賢說(shuō)“現(xiàn)在社會(huì)上各種誘惑很多,但既然選擇了科研這條道路,就要安下心來(lái),不要心猿意馬。”“把興趣和生計(jì)結(jié)合起來(lái),但不要精力太分散。”要選一個(gè)領(lǐng)域堅(jiān)持下去,才能枝繁葉茂。
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