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面對面丨一輩子只做一件事,他是「超導鬥士」趙忠賢

2024-10-07科學

在中華人民共和國成立75周年之際,趙忠賢被授予「人民科學家」國家榮譽稱號。 作為中國高溫超導研究的領軍者,即使83歲,趙忠賢依然堅持每天上班。他笑稱自己是80後的上班族。

在這位頭發盡白老人的時間表裏,研判業內最新動態、提供建議,指導實驗,以及外出參加學術會議和實地調研,占據了他的大部份時間。

19:53

記者: 科學的魅力到底在什麽地方?

趙忠賢:科學它能夠使人年輕。

記者: 看來科學探索是青春不老藥。

趙忠賢: 應該這麽說,我一直用打麻將來比喻。 有人說你這個不是很累,我說你打麻將,你喜歡,不也就不感覺累。

把「冷板凳」坐熱

他讓中國高溫超導研究躋身國際前列

在高溫超導研究的路上,趙忠賢已經堅定不移地走過了60個春秋。 超導,全稱超導電性,是指某些材料在溫度降低到某一臨界值以下時,電阻突然消失的現象,具備這種特性的材料稱為超導體。

自1911年荷蘭物理學家發現超導以來,就成為物理學界最重要的前沿問題之一。超導體為什麽會超導?怎樣找到臨界溫度更高、更適於套用的超導體?無數優秀的科學家為此前赴後繼,至今已有5次諾貝爾獎頒發給了10位研究超導的科學家。

零電阻、完全抗磁性,超導體的這兩個重要特性,決定著它在 電力傳輸、磁懸浮技術、粒子加速器、醫療成像裝置以及核融合 等領域有著廣泛的套用前景,是一個國家必須掌握的戰略材料和技術。然而,因為歷史原因, 中國在超導研究領域的起步晚於國際半個世紀。

  • 1958年,中國著名物理學家洪朝生在中國科學院物理研究所低溫物理室組建國內第一個超導研究小組,開啟了中國超導物理研究的先河。
  • 6年後,中國科學技術大學低溫物理專業畢業的 趙忠賢被分配到該小組,自此與超導研究結下了不解之緣。
  • 在那個特殊的年代,趙忠賢的超導研究工作未能持續。1967年,他被調走從事國防任務,直至1974年,經周總理批示,一批年輕學者被派往國外學習,趙忠賢獲得了前往英國劍橋大學進修一年的寶貴機會。在那裏,他接觸到當時世界超導研究的最前沿。

    從劍橋大學回國後,趙忠賢重新回到中國科學院物理研究所低溫物理室,重新開機超導研究工作,開始探索高溫超導體研究。

    高溫超導體 ,指臨界溫度在40K,也就是約零下233攝氏度以上的超導體。

    1968年,美國物理學家麥克米蘭透過計算,斷定超導臨界溫度最高不大可能超過40K,被稱作「麥克米蘭極限」。但也有不少科學家不斷挑戰這一極限,希望探尋到能夠超越「麥克米蘭極限」的高溫超導材料,其中就包括趙忠賢。1977年,他曾在【物理】雜誌上撰文指出在特定情況下, 超導體的臨界溫度可以達到40~55K,甚至是80K。

    記者: 如果前面沒有人不認可,沒有人去挑戰,您敢不敢去挑戰。

    趙忠賢:那時候35歲,而且有激情,所以膽子比較大 ,你說你一到現在,你讓我說這個話,就覺得好像你說錯了,影響你形象幹什麽的,擔心的東西比較多,那時候好像沒有想那麽多。

    在國際同行無法想象的物質匱乏條件下,趙忠賢帶領團隊從零開始,推動中國高溫超導的研究。 缺少實驗裝置,就自己動手改裝,使用自制的「土爐子」制備樣品。因為裝置數量不夠,實驗人員只能共用一台裝置輪流做研究。

    在科學領域,每一項重大突破都是長期努力、持續探索和偶然發現共同作用的結果。最初近十年的時間裏,趙忠賢和團隊的研究沒有取得實質性突破。直到1986年10月,趙忠賢讀到歐洲物理學家柏諾茲和繆勒發表的一篇論文,文中指出銅氧化合物可能存在35K超導性,因為思路一致產生共鳴,他立即著手準備開展有關研究。

    趙忠賢找到對高溫超導研究感興趣的同事,臨時成立一個5人研究小組,開始對銅氧化合物超導體展開研究。與此同時,美國、日本等一些國外的研究小組也開始對這個方向進行研究。

    趙忠賢: 一開始還沒有那種非常迫切那個形勢上,我甚至跟國外的朋友寫信,建議合作搞,但是沒想到有這麽快。到1986年12月份了,這個時候有些各種新聞,日本、美國、中國,不斷有些東西出來了,大家才引起重視。

    1986年年底,趙忠賢帶領團隊合成出一系列鑭鍶銅氧和鑭鋇銅氧超導材料,並在其中兩個樣品中發現了 48.6K和46.3K的起始轉變溫度 這是當時世界上最高的超導臨界溫度紀錄。 更加令人興奮的是,他們還在鑭鋇銅氧系列樣品中觀察到70K的超導跡象,由於70K已接近液氮溫度,這對超導工業化有著重要意義。【紐約時報】曾評論說,「如果確實的話,這個成果可列為現代中國在實驗物理學方面的第一個重要成果。」但也有一些國際同行在同樣體系的實驗中沒有看到70K跡象,而提出疑問。

    剛開始,趙忠賢帶領團隊不斷嘗試重復實驗結果,均以失敗告終,考慮可能是實驗樣品存在雜質所致,受到啟發,開始考慮元素替代尋找新的超導材料來證實70K以上的超導跡象。

    記者: 您做實驗當時是什麽樣的工作狀態?

    趙忠賢: 那時候家裏什麽樣,幹什麽事也不記得了,就 只是在實驗室裏面,加班加點就是非常厲害了。

    趙忠賢和團隊夜以繼日奮戰在實驗室裏,餓了就煮面條吃,累了就在椅子上打個盹。1987年2月,廢寢忘食的工作終於迎來了重大突破,他們的釔鋇銅氧樣品的臨界溫度達到了78.5K, 這是中國首次發現液氮溫區超導體 ,在第二批樣品制備成功後,證明具有可重復性。隨後,中國科學院舉行新聞釋出會對外公布,並在 國際上首次公開了液氮溫區超導體的元素組成。

    記者: 我們是第一個公布的?

    趙忠賢: 第一個公布的。

    記者: 那這不就給別人指路了嗎?

    趙忠賢: 這也至少爭到一個, 在世界上看到我們做出來了 ,就你做出來,你們照著做,看我們說的真的還是假的,那肯定就是。

    這在中國物理學發展史上具有重要意義。1987年3月,趙忠賢作為五位特邀報告人之一,參加了美國物理學會在紐約召開的高溫超導專題討論會,這是中國科學家在國際學術舞台上少有的亮相,也標誌著 中國科學家在高溫超導研究領域躋身世界前列。

    然而,自20世紀80年代世界上第一次高溫超導研究熱潮過後,因未能再出現新的重大突破, 這一研究領域進入長達近十年的低潮期 。很多國家減少了對高溫超導研究的投入,一些研究小組解散,趙忠賢和團隊的研究工作也受到大環境的影響。

    在漫長的低潮期,趙忠賢團隊沒有輕易轉變研究方向,一邊研究銅氧化物超導電性機理,另一方面則繼續探尋新的高溫超導材料,長期的堅持和積累也為接下來的突破奠定了基礎。2008年,日本科學家發現鑭氧鐵砷體系中存在26K的超導,日後被稱為鐵基超導體,打破了鐵不利於超導這個禁錮。從結構上看與趙忠賢多年形成的思路基本上相通,他隨即帶領團隊重點開展鐵基超導體的研究。

    經過1個多月的奮戰,趙忠賢帶領團隊將鐵基超導體的臨界溫度提高到50K以上,創造了55K的紀錄,並保持至今,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,被業內視為高溫超導研究領域的第二次突破。

    如今,距離2008年鐵基超導研究突破已經過去16年時間,趙忠賢和團隊依然初心不改,他們以默默耕耘來迎接高溫超導研究新突破的到來。

    追求真理、愛國奉獻

    這是他心中的科學家精神

    在中華人民共和國成立75周年之際,趙忠賢被授予「人民科學家」國家榮譽稱號。

    趙忠賢: 我覺得我自己跟它差距很大,但是有一條,我也覺得把對我這個獎勵,看成我們整個對超導事業有貢獻的人,因為畢竟我們國家的超導就是從無到有,最後我們能夠躋身國際前列,這是 從「20後」一直到「90後」幾代人共同奮鬥的結果,所以我覺得這個獎應該屬於這些人 ,所以我就覺得差距很大,所以你要珍惜它,所以就要繼續努力。我現在這輩子希望至少在超導這個領域,中國要走在世界的前面,不論是基礎研究還是套用。

    記者: 您說科學家有沒有科學家精神?

    趙忠賢: 有啊。

    記者: 是什麽。

    趙忠賢:一是追求真理,二是愛國奉獻。 我是認為這兩條,就是科學家精神裏面是比較突出的。

    制片人丨劉斌 王惠東
    記者丨董倩
    策劃丨黃瑛 陳朋
    編導丨王惠東
    攝像丨王揚 王忠仁 高忠