2016年国家最高科学技术奖得主赵忠贤——

高温超导研究领军人

本报记者 喻思娈

2017年01月09日20:57  来源:人民网-科技频道
 

【人物小传】

赵忠贤,辽宁新民人,1941年生,1964年中国科学技术大学毕业后到中科院物理所工作至今。现任中国科学院物理研究所研究员,1991年当选中国科学院院士。

赵忠贤院士是我国著名物理学家、超导专家。长期从事低温与超导研究,探索高温超导电性研究,是我国高温超导研究的主要倡导者、推动者和践行者。

【正文】

40多年前,我国的高温超导研究刚刚起步,与国际发达国家差距甚远;而今,我国组建了一支高水平的研究队伍,高温超导研究走在世界前列。从追赶到领跑,赵忠贤功勋卓越。他带领团队在世界两次高温超导研究突破中勇立潮头,两度获得国家自然科学奖一等奖,是国际公认的超导研究权威,我国高温超导研究的领军人。

赵忠贤一辈子很纯粹,他整个研究生涯都在和超导打交道。2016年1月9日,他的科学贡献获得世人认可。在这里,他被授予国家最高科学技术奖。面对这一科技界的最高荣誉,他很平静。“我不过是个普通人,做了该做的事,完成了本职工作。”

“北京的赵”震惊世界

发现临界温度93K的液氮温区超导体,成为国际超导研究领域中国的符号

超导,是20世纪最伟大的科学发现之一。当某些材料在温度降低到一定数值时,电阻会突然消失,具备这种特性的材料被称为超导体,它在信息通讯、生物医学、航空航天等领域有着巨大应用潜力。

1911年人类发现超导现象,超导研究主要围绕两个大问题:怎样找到临界温度更高、更适于应用的超导体?超导体为什么会超导?百余年来,已颁发5次诺贝尔奖给10位研究超导的科学家。

所谓“高温超导体”,是指临界温度在40K(约零下233摄氏度)以上的超导体。1968年,物理学家麦克米兰根据传统理论计算推断,超导体的转变温度一般不能超过40K,这一温度也被称为麦克米兰极限。

40K麦克米兰极限能否被突破?在那个超导研究火热的年代,西方发达国家是国际舞台的主角,国内人才缺乏,科研设备极其落后,可就在这样几近一穷二白的条件下,赵忠贤的一系列研究震惊了世界。

1974年,赵忠贤到英国剑桥大学进修,接触到了世界超导研究最前沿。一年后回国,他立志要做高临界温度超导体。

“初生牛犊不怕虎。”经过缜密思考和实验,1977年,他在《物理》杂志上撰文,指出结构不稳定性又不产生结构相变可以使临界温度达到40—55K,并提出复杂结构和新机制在某些情况下甚至可以达到80K。挑战由经典理论推导出的麦克米兰极限,以至于当时不少人认为“赵忠贤胆子实在是太大了”。

赵忠贤坚信自己的判断。彼时,全国刚从文化大革命走出来,科研条件十分简陋,他带领团队,在缺钱缺人缺好设备环境下开始研究高温超导。

十年磨一剑。1986年,欧洲科学家柏德诺兹和缪勒发表了镧-钡-铜-氧体系可能存在35K超导的工作。赵忠贤敏锐地意识到论文中提到的铜氧化物中可能蕴含高温超导体。1986年底,赵忠贤团队和国际上少数几个小组几乎同时在镧-钡-铜-氧体系中获得了40K以上的高温超导体。麦克米兰极限被突破,一时国际物理学界为之震动,“北京的赵”成为国际著名科学刊物上的新星。

再接再厉,1987年2月,赵忠贤带领团队又在钡-钇-铜-氧中发现了临界温度93K的液氮温区超导体,并在世界上首次公布了元素组成,刮起了一阵研究液氮温区超导体的旋风。短短几个月,赵忠贤从一名中科院物理所普通研究人员,变成了国际超导研究领域代表中国的符号。他和团队也因此荣获1989年度国家自然科学集体一等奖。

赵忠贤及其团队的工作极大提升了中国物理学界的国际地位。1987年,他受邀参加美国物理学会三月会议,是仅有的五位特邀报告人之一。当时,中国科学家在国际上有如此高的待遇极为罕见。三月会议也宣告了中国物理学家走上了世界高温超导研究的舞台。

20年把冷板凳坐热

发现铁基超导高温超导家族,引领中国成为超导研究的强国

超导国家重点实验室研究员孙力玲跟随赵忠贤从事超导研究。谈起赵老师科研的秘诀,她认为是扎得深、扎得住,根深才能叶茂。

赵忠贤40余年的高温超导研究历程并非一番风顺。国际上第一次高温超导热潮中的主角——铜氧化物,是一种易脆材料,难以大范围普及应用。上世纪90年代,铜氧化物高温超导体热潮过后,全世界科学家对超导材料的探索一度陷入迷茫,一些团队甚至解散或转而研究其他领域。

在困难面前,赵忠贤矢志不移,从没想过要跟着去做热门研究。“虽然遇到了瓶颈,但我坚信,高温超导研究有潜力,未来有可能有重大突破。我们必须坚守这块阵地。”他带领团队一干就是近20年,一直为将来可能的科学突破准备。

“冷板凳”被赵忠贤和团队坐热了!

超导体有两个基本性质:零电阻和抗磁性。铁元素作为典型的磁性元素,曾一度被认为是探索高温超导体的禁区。但2008年2月,日本科学家在四方层状的铁砷化合物中发现存在转变温度为26K的超导电性,但因为没有突破麦克米兰极限温度,还不能确定铁基材料是高温超导体。

赵忠贤提出了高温高压合成结合轻稀土元素替代的方案,并组织团队全力以赴,很快将铁基超导体的临界温度提高到50K以上,创造了大块铁基超导体55K的纪录并保持至今。

赵忠贤团队的工作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,引领了国际高温超导研究领域的第二次突破。当时,他已经67岁,带领年轻人通宵工作三天,完成了初期关键的三篇论文。

我国科学家还对铁基超导体若干基本物理性质进行了深入研究,确认了它的非常规性。铁基超导的中国突破震撼世界,美国《科学》杂志评述指出:中国如洪流般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。赵忠贤小组的成果作为“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质研究”的重要部分,荣获2013年度国家自然科学一等奖。

如今,已过古稀之年的赵忠贤仍然在奇妙的超导世界中探索,他希望找到新的组合,寻找到临界温度更高、能广泛应用于实际生活的超导体。同时,搞清楚了超导机理,关注新材料、新现象,为超导研究的第三次突破提供信息。

解放思想,是赵忠贤常对学生的提醒。“未来是不是还有更好的高温超导体很难预测,需要去研究。”

赵忠贤认为,目前我国研究超导的势头很好,有很不错的研究队伍。希望年轻人能得到持续的支持,坚持10来年,沉下心来,踏实搞研究就很可能取得第三次突破。

我只是个普通人

有幸把兴趣和生计结合起来,再多苦和累也不觉得

超导,是赵忠贤0多年的研究生涯的主题。上世纪80年代,他曾应邀到美国做研究,但他脑子一直惦记着高温超导体,不久就回国。

他的团队成员超导国家重点实验室研究员董晓莉由衷的敬佩:赵老师对超导历史很熟悉,他不仅记得像元素组成、超导温度这些重要参数,很多超导体他随口可以报出发现年代、发现者的名字,可谓如数家珍。

专注,也是赵忠贤总结自己研究工作最喜欢用的一个词。他常说,选择了科研道路,就要安下心来,不能心猿意马。

“打个不一定恰当的比喻:我们口袋里装着许多把钥匙,同时还在不断地制造出新的钥匙,而只有其中一把能够开启科学之门。我们要做的,就是不懈努力,制造、修改每一把钥匙,直到打开这扇大门。”赵忠贤说。

由于超导机理仍然是个迷,发现超导材料,多数时候凭得是直觉。40多年的钻研和积累,让赵忠贤培养出超出常人的直觉。

本世纪初,MgB2、NaCoO2等超导体被发现时,在国际上也引起不小反响。但这两个体系都不是四方结构,和赵忠贤探索高温超导的想法不一致,就没安排团队全部投入。看到日本团队报道了四方结构的铁基超导体,他很快提出高温高压合成结合轻稀土替代的实验方案,组织团队全力以赴。

“搞研究就是长期积累到一定节点后,在认识上就会有一个升华,发现超导材料并没有理论规律可循,只可意会不可言传。”赵忠贤说。

荣誉等身,赵忠贤从未自满。他常说,自己就是个普通人。荣誉归于国家,成绩属于集体,自己只是其中的一份子。他还常常提醒前来采访的记者:“别光报道我,多看看我身后那些没露面的人,别把我报道成劳模。”面对媒体的聚焦,老先生坦率而诚挚。

谈起取得科研成绩的原因,赵忠贤认为,兴趣最重要。他从不计较自己的研究中受的苦和累。他常说,能有幸把兴趣和生计结合起来是最理想的。

赵忠贤说,自己做研究从来没想过要得什么奖,追求的是为人类文明添砖加瓦,满足国家重大需求,这辈子很值。

(责编:贺迎春、熊旭)

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