当前位置: 华文世界 > 科学

面对面丨一辈子只做一件事,他是「超导斗士」赵忠贤

2024-10-07科学

在中华人民共和国成立75周年之际,赵忠贤被授予「人民科学家」国家荣誉称号。 作为我国高温超导研究的领军者,即使83岁,赵忠贤依然坚持每天上班。他笑称自己是80后的上班族。

在这位头发尽白老人的时间表里,研判业内最新动态、提供建议,指导实验,以及外出参加学术会议和实地调研,占据了他的大部分时间。

19:53

记者: 科学的魅力到底在什么地方?

赵忠贤:科学它能够使人年轻。

记者: 看来科学探索是青春不老药。

赵忠贤: 应该这么说,我一直用打麻将来比喻。 有人说你这个不是很累,我说你打麻将,你喜欢,不也就不感觉累。

把「冷板凳」坐热

他让中国高温超导研究跻身国际前列

在高温超导研究的路上,赵忠贤已经坚定不移地走过了60个春秋。 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以下时,电阻突然消失的现象,具备这种特性的材料称为超导体。

自1911年荷兰物理学家发现超导以来,就成为物理学界最重要的前沿问题之一。超导体为什么会超导?怎样找到临界温度更高、更适于应用的超导体?无数优秀的科学家为此前赴后继,至今已有5次诺贝尔奖颁发给了10位研究超导的科学家。

零电阻、完全抗磁性,超导体的这两个重要特性,决定着它在 电力传输、磁悬浮技术、粒子加速器、医疗成像设备以及核聚变 等领域有着广泛的应用前景,是一个国家必须掌握的战略材料和技术。然而,因为历史原因, 中国在超导研究领域的起步晚于国际半个世纪。

  • 1958年,我国著名物理学家洪朝生在中国科学院物理研究所低温物理室组建国内第一个超导研究小组,开启了我国超导物理研究的先河。
  • 6年后,中国科学技术大学低温物理专业毕业的 赵忠贤被分配到该小组,自此与超导研究结下了不解之缘。
  • 在那个特殊的年代,赵忠贤的超导研究工作未能持续。1967年,他被调走从事国防任务,直至1974年,经周总理批示,一批年轻学者被派往国外学习,赵忠贤获得了前往英国剑桥大学进修一年的宝贵机会。在那里,他接触到当时世界超导研究的最前沿。

    从剑桥大学回国后,赵忠贤重新回到中国科学院物理研究所低温物理室,重启超导研究工作,开始探索高温超导体研究。

    高温超导体 ,指临界温度在40K,也就是约零下233摄氏度以上的超导体。

    1968年,美国物理学家麦克米兰通过计算,断定超导临界温度最高不大可能超过40K,被称作「麦克米兰极限」。但也有不少科学家不断挑战这一极限,希望探寻到能够超越「麦克米兰极限」的高温超导材料,其中就包括赵忠贤。1977年,他曾在【物理】杂志上撰文指出在特定情况下, 超导体的临界温度可以达到40~55K,甚至是80K。

    记者: 如果前面没有人不认可,没有人去挑战,您敢不敢去挑战。

    赵忠贤:那时候35岁,而且有激情,所以胆子比较大 ,你说你一到现在,你让我说这个话,就觉得好像你说错了,影响你形象干什么的,担心的东西比较多,那时候好像没有想那么多。

    在国际同行无法想象的物质匮乏条件下,赵忠贤带领团队从零开始,推动我国高温超导的研究。 缺少实验设备,就自己动手改装,使用自制的「土炉子」制备样品。因为设备数量不够,实验人员只能共用一台设备轮流做研究。

    在科学领域,每一项重大突破都是长期努力、持续探索和偶然发现共同作用的结果。最初近十年的时间里,赵忠贤和团队的研究没有取得实质性突破。直到1986年10月,赵忠贤读到欧洲物理学家柏诺兹和缪勒发表的一篇论文,文中指出铜氧化合物可能存在35K超导性,因为思路一致产生共鸣,他立即着手准备开展有关研究。

    赵忠贤找到对高温超导研究感兴趣的同事,临时成立一个5人研究小组,开始对铜氧化合物超导体展开研究。与此同时,美国、日本等一些国外的研究小组也开始对这个方向进行研究。

    赵忠贤: 一开始还没有那种非常迫切那个形势上,我甚至跟国外的朋友写信,建议合作搞,但是没想到有这么快。到1986年12月份了,这个时候有些各种新闻,日本、美国、中国,不断有些东西出来了,大家才引起重视。

    1986年年底,赵忠贤带领团队合成出一系列镧锶铜氧和镧钡铜氧超导材料,并在其中两个样品中发现了 48.6K和46.3K的起始转变温度 这是当时世界上最高的超导临界温度纪录。 更加令人兴奋的是,他们还在镧钡铜氧系列样品中观察到70K的超导迹象,由于70K已接近液氮温度,这对超导工业化有着重要意义。【纽约时报】曾评论说,「如果确实的话,这个成果可列为现代中国在实验物理学方面的第一个重要成果。」但也有一些国际同行在同样体系的实验中没有看到70K迹象,而提出疑问。

    刚开始,赵忠贤带领团队不断尝试重复实验结果,均以失败告终,考虑可能是实验样品存在杂质所致,受到启发,开始考虑元素替代寻找新的超导材料来证实70K以上的超导迹象。

    记者: 您做实验当时是什么样的工作状态?

    赵忠贤: 那时候家里什么样,干什么事也不记得了,就 只是在实验室里面,加班加点就是非常厉害了。

    赵忠贤和团队夜以继日奋战在实验室里,饿了就煮面条吃,累了就在椅子上打个盹。1987年2月,废寝忘食的工作终于迎来了重大突破,他们的钇钡铜氧样品的临界温度达到了78.5K, 这是我国首次发现液氮温区超导体 ,在第二批样品制备成功后,证明具有可重复性。随后,中国科学院举行新闻发布会对外公布,并在 国际上首次公开了液氮温区超导体的元素组成。

    记者: 我们是第一个公布的?

    赵忠贤: 第一个公布的。

    记者: 那这不就给别人指路了吗?

    赵忠贤: 这也至少争到一个, 在世界上看到我们做出来了 ,就你做出来,你们照着做,看我们说的真的还是假的,那肯定就是。

    这在中国物理学发展史上具有重要意义。1987年3月,赵忠贤作为五位特邀报告人之一,参加了美国物理学会在纽约召开的高温超导专题讨论会,这是中国科学家在国际学术舞台上少有的亮相,也标志着 中国科学家在高温超导研究领域跻身世界前列。

    然而,自20世纪80年代世界上第一次高温超导研究热潮过后,因未能再出现新的重大突破, 这一研究领域进入长达近十年的低潮期 。很多国家减少了对高温超导研究的投入,一些研究小组解散,赵忠贤和团队的研究工作也受到大环境的影响。

    在漫长的低潮期,赵忠贤团队没有轻易转变研究方向,一边研究铜氧化物超导电性机理,另一方面则继续探寻新的高温超导材料,长期的坚持和积累也为接下来的突破奠定了基础。2008年,日本科学家发现镧氧铁砷体系中存在26K的超导,日后被称为铁基超导体,打破了铁不利于超导这个禁锢。从结构上看与赵忠贤多年形成的思路基本上相通,他随即带领团队重点开展铁基超导体的研究。

    经过1个多月的奋战,赵忠贤带领团队将铁基超导体的临界温度提高到50K以上,创造了55K的纪录,并保持至今,为确认铁基超导体为第二个高温超导家族提供了重要依据,被业内视为高温超导研究领域的第二次突破。

    如今,距离2008年铁基超导研究突破已经过去16年时间,赵忠贤和团队依然初心不改,他们以默默耕耘来迎接高温超导研究新突破的到来。

    追求真理、爱国奉献

    这是他心中的科学家精神

    在中华人民共和国成立75周年之际,赵忠贤被授予「人民科学家」国家荣誉称号。

    赵忠贤: 我觉得我自己跟它差距很大,但是有一条,我也觉得把对我这个奖励,看成我们整个对超导事业有贡献的人,因为毕竟我们国家的超导就是从无到有,最后我们能够跻身国际前列,这是 从「20后」一直到「90后」几代人共同奋斗的结果,所以我觉得这个奖应该属于这些人 ,所以我就觉得差距很大,所以你要珍惜它,所以就要继续努力。我现在这辈子希望至少在超导这个领域,中国要走在世界的前面,不论是基础研究还是应用。

    记者: 您说科学家有没有科学家精神?

    赵忠贤: 有啊。

    记者: 是什么。

    赵忠贤:一是追求真理,二是爱国奉献。 我是认为这两条,就是科学家精神里面是比较突出的。

    制片人丨刘斌 王惠东
    记者丨董倩
    策划丨黄瑛 陈朋
    编导丨王惠东
    摄像丨王扬 王忠仁 高忠