高温超导的成果犹如一滴水,滴水成涓,汇聚到人类文明的长河之中。一代人做一代人的事。我愿做铺路石子,让年轻的朋友大展宏图。为实现中华民族伟大复兴的中国梦、为人类的文明进步作出新的贡献。
——赵忠贤
年1月9日上午,在人民大会堂,赵忠贤从国家主席习近平手中,接过象征科技终身荣誉的年度国家最高科学技术奖证书。
赵忠贤是我国高温超导研究的奠基人之一。过去百余年世界超导研究史中,在仅有的两次高温超导重大突破的关键时刻,赵忠贤带领团队都“跑”在前列——他们独立发现了“液氮温区高温超导体”,赵忠贤因这一突破于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;他们“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”,并因此被授予Matthias奖,是国际超导领域重要奖项。
赵忠贤院士在办公室里赵忠贤是我国当之无愧的高温超导研究的倡导者、奠基人和践行者。他和团队40多年里用自制的炉子或淘来的二手“土炮”,在“不及今天百分之一”的硬件条件下,做出举世瞩目重大突破,改写临界温度世界纪录,引领中国高温超导跻身国际前列科研地位。
“北京的赵”
年1月,赵忠贤出生在辽宁省新民县。翩翩少年,长在红旗下。
年,赵忠贤以优异的成绩进入中国科学技术大学。对他影响最大的,是中科大的大师授课。赵忠贤学的是低温物理,给他们上课的有严济慈、张宗燧、钱临照、洪朝生、朱洪元等科学家;来做报告的,有陈毅这样的领导,也有钱三强这样的科学家。沐浴阳光雨露,聆听教诲熏陶,赵忠贤心中就一个想法:努力学习,将来为国家做贡献。
年,赵忠贤被分配到中国科学院物理研究所;年,被派往英国剑桥大学进修,接触了世界超导研究的最前沿。年回国后,他选择了“探索高临界温度超导体”。
超导体是当温度降低到一定数值时,其电阻突然消失的材料,它在信息通讯、生物医学、航空航天等领域有巨大应用潜力。超导体要实现超导态,必须要有极低温的环境。探索高临界温度超导体是科学家长期梦想,几十年间有一些高温超导体的文章见诸报道,后来发现绝大多数都是错的。年曾先后有两篇学术论文报道发现了高温超导体。第一篇刊登在一个国际知名物理期刊上,但赵忠贤没有相信。而他相信了另外一篇发表在比较普通的杂志上的文章,即欧洲科学家柏德诺兹和缪勒发表的题为《铜氧化合物可能存在35K超导性》的论文。这篇文章的观点与赵忠贤长期坚持的探索高温超导体的思路产生共鸣。赵忠贤是国际上少数“醒得早”的人。
那时科研条件异常艰苦,许多设备是赵忠贤团队自己现造的,烧样品的炉子是自己动手制作的,有的测试设备是紧急组装的。赵忠贤和同事们没黑没白的工作,困了就在椅子旁桌子上打个盹,醒来继续。
很快,赵忠贤团队在钡(锶)-镧-铜-氧体系中获得了40K以上的高温超导体和70K的超导迹象。
年2月19日深夜,赵忠贤团队在钡-钇-铜-氧中发现了临界温度93K的液氮温区超导体,24日中国科学院数理学部召开了新闻发布会,25日的《人民日报》报道了这一消息,世界各大通讯社纷纷转载。
液氮温区超导体的发现,使得超导电性低温环境的创造由原本昂贵的液氦替代为便宜而好用的液氮。一时间,世界物理学界为之震动,“北京的研究组”一战成名。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。
自那以后,赵忠贤这3个字,不再普通。他被称作“北京的赵”,开始出现在国际著名的科学刊物,乃至大众媒体上。
凭借这一成果,赵忠贤于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。年,赵忠贤团队凭借该成果又获得了象征着我国自然科学领域最高奖的国家自然科学集体一等奖。
追逐“初心”从未改变
研究超导带给科学家的并不总是期望,也有迷茫。
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,有人转投其他领域,有些研究团队甚至解散了。国内的研究也遇冷,但赵忠贤却坚持坐“冷板凳”,他认定,高温超导研究有潜力,未来必将有重大突破……
“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。”
无数次制备、观察、放弃、重新开始……在经费有限的情况下,没有合用的设备,赵忠贤淘来处理品,自己改装。有些设备老得连零件都买不到了,却还一直作为课题组的基础设备被使用。他说:“别小瞧我这‘土炮’,管用着呢!”
冷板凳一坐就是20多年,之后赵忠贤迎来了科研人生的另一个高峰——他与国内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”。年,赵忠贤带领团队发现了系列50K以上的铁基超导体,并创造了55K的铁基超导体临界转变温度的世界纪录。
年初,赵忠贤凭借这一成果,和中国科学技术大学及物理所其他几个团队再次问鼎国家自然科学奖一等奖。此前,这一奖项已经连续空缺3年。年,赵忠贤被授予国际超导领域的重要奖项——Matthias奖。
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”。
50多年前,当年轻的赵忠贤孤身一人背起行囊来到北京的时候,中国的超导研究还刚刚起步,高温超导更是遥不可及。今天,这位带领着团队突破超导研究禁区的东北汉子,已过古稀之年,他的身边凝聚了一支世界领先的中国高温超导研究队伍,中国的高温超导研究已跻身世界前列。
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,那就是超导研究。”
不把拿奖当科研目的
有人对赵忠贤说,一生能有一次机会获得国家自然科学奖一等奖已是终身荣幸,你居然拿了两次。
“我做科研从来没想过要拿奖,能拿奖很好,但不要当科研目标,科研是要为人类文明做贡献。”赵忠贤说,之所以去做,只是喜欢。“人活着要吃饭,将个人的兴趣与生计结合起来,是最理想的选择,而我恰巧很幸运。”
赵忠贤认为,做科学研究的快乐恰恰在于那些新问题带来的挑战。他打了一个比方:我们口袋里装着许多把钥匙,同时还在不断制造新的钥匙,而其中只有一把能够开启科学之门。他要做的,就是通过不懈努力,制造、修改每一把钥匙,直到打开这扇大门。
作为两次率领科研团队获得国家自然科学奖一等奖,发表论文余篇,桃李满天下的著名科学家,赵忠贤仍有一些遗憾,有的是因为条件,有的是因为思想不够解放。例如,日本科学家首先发现的铁基超导材料。实际上,他的团队在年就研究过和日本科学家发现的铁基超导体结构相同的材料,目标也是探索高温超导,只是用的是金属铜不是铁元素,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”。
物理学家赵忠贤获得影响世界的华人大奖如今,赵忠贤仍保持着旺盛的工作热情,也时常去实验室,但“原则上只出出主意”,期望帮助年轻人找到研究超导机理问题的切入点。
在赵忠贤眼里,现在的年轻人,“有激情,肯吃苦,能战斗,可信赖”。
“但你们别像穆桂英一样,身上插好多旗子,做事情要集中一点,不要太精力分散,不要选太多,这个也干那个也干。”赵忠贤说,要选一个坚持十年,扎下根去,才能枝繁叶茂。
大科学家小故事
有人问赵忠贤:“一辈子坚守一件事枯燥吗?在困难条件下坚持研究苦吗?”
“我觉得,我一辈子就做了一件事,但是并不枯燥,因为超导研究充满挑战与发现。能将个人的兴趣与生计结合起来,是最理想的选择,这有多快乐!”他说。
“科研工作者,最幸福的就是每天都在逼近真理。”赵忠贤说,“我每研究一段时间后就能看到新的东西,就是一个崭新的世界。每个人对幸福的感觉不一样。能够看到崭新的世界,我就感到很幸福,很高兴。虽然有时生活苦一些,干活累一些,但我在做自己愿意做的事,就感到很快乐。”
“给你举个不太恰当的例子。中国人逢年过节喜欢打麻将,胡了很高兴。我们做科研也一样,有时有小‘胡’,有时有大‘胡’。”谈起超导研究为他带来的快乐,赵忠贤的眼中闪烁着光芒,脸上露出孩子般真诚的笑容。不难看出,这位古稀老人对科学研究事业,至今仍有着不变的赤子之心。
作为我国高温超导研究领域的奠基人之一,赵忠贤的面庞带有科学家的严谨、严格与严肃。然而言谈中,乡音不改的他将东北人的乐观与幽默挥洒得淋漓尽致。
“在年的美国物理学年会上,为几千人演讲,向世界展示中国超导研究的重大突破,我感到光荣与骄傲。但回到家,赶上没有蜂窝煤了,我脱了西装,蹬上板车去买煤。当时我儿子刚好拿到一架宝丽来一次性照相机,用它试拍的第一张照片就是我蹬板车。虽然形象反差有点大,但在生活里我就是个普通人。而且在那个年代,买蜂窝煤太正常了,物理所的领导干部一样也去冬储大白菜。”
名词解释:
超导,全称超导电性,是指某些材料在温度降低到某一临界值(即超导临界温度)以下时,电阻突然消失的现象,具备这种特性的材料为超导体,其在信息通讯、生物医学、航空航天等领域有着巨大应用潜力。
事实上,超导就在我们的身边:医院里使用的1.5T和3T的核磁共振成像仪的核心部件是1.5特斯拉或3特斯拉的超导磁体;北美地区有几千台高温超导滤波器服务在手机基站上,与传统基站相比大大改善了通信质量;年发现“上帝粒子”的欧洲核子中心的大型对撞机中,几十公里长的超导加速环和多个有几层楼高的超导探测器都是关键部件……
高温超导体,指临界温度在40K(约零下摄氏度)以上的超导体。物理学家麦克米兰根据获年诺贝尔奖的BCS理论计算,认为超导临界温度不大可能超过40K,他的计算得到了国际学术界的普遍认同,40K因此被称作“麦克米兰极限”。超导临界温度极低,广泛应用受到限制,寻找高温超导体至今仍是全世界科学家的梦想。
文:采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院
参考文献:
[1]白国龙、董瑞丰.超导“大玩家”成功的秘密是热爱——记国家最高科学技术奖获得者赵忠贤院士[N],新华社,.1.9.